Реферат
Введение 8
1 Обзор существующих структур и режимов работы лавинного фотодиода 10
1.1 Существующие структуры лавинных фотодиодов 10
1.2 Режимы работы лавинного фотодиода 22
2 Маршруты изготовления лавинного фотодиода 25
2.1 Основные технологические маршруты изготовления ЛФД 25
2.2 Изготовление лавинного фотодиода методом газофазной эпитаксии 26
2.3 Изготовление лавинного фотодиода методом диффузии 31
2.4 Расчет диффузионных профилей по идеальной модели диффузии 34
2.5 Уточненный расчет диффузионных профилей 38
3 Влияние параметров структуры ЛФД на его характеристики 50
3.1 Параметры и характеристики ЛФД 50
3.2 Влияние параметров ЛФД на процессы лавинного размножения 54
3.3 Влияние параметров ЛФД на вольт-амперную характеристику 56
3.4 Влияние параметров ЛФД на световую характеристику и квантовую
эффективность 57
4 Организация рабочего места оператора ЭВМ 59
Заключение 64
Список использованных источников 67
Приложение А. Бланк задания на выпускную квалификационную работу 69
Приложение Б. Расчет диффузионных профилей в вычислительной средеMathCAD 73
Приложение В. Построение характеристик ЛФД в вычислительной средеMathCAD 82
Приложение Г. Заявление для проверки ВКР на оригинальность 86
Приложение Д. Протокол проверки ВКР на оригинальность 89
Приложение Е. Презентация к ВКР 91
В настоящее время оптоволоконные линии широко применяются во многих областях, например, связи, медицине, электронной технике, а также они находят широкое применение в системах сбора и обработки информации. Большие возможности заложены в них и с точки зрения использования в качестве чувствительных элементов приема излучения. На современном рынке измерительных систем и датчиков доминирующее положение продолжают занимать электронные измерительные технологии, которые предполагают преобразование измеряемого параметра в электрический сигнал и его последующую обработку. В системах измерения для приема светового сигнала от оптоволоконной линии, содержащей информацию об изменениях измеряемых параметров, применяются лавинные фотодиоды (ЛФД).
ЛФД имеют ряд преимуществ по сравнению с другими приборами при приеме светового излучения. Лавинные фотодиоды имеют высокую скорость и чувствительность благодаря использованию внутреннего механизма усиления сигнала при приложении обратного напряжения. Одним из наиболее важных достоинств ЛФД является обеспечение принципиальной возможности считывания сигнала, проходящего через оптоволоконную линию без разрушения или разъединения самой линии, а лишь на основе детектирования потока фотонов, излучаемого через поверхность линии. Данное свойство может быть использовано при создании систем неразрушающего контроля на основе оптоволоконных линий.
Но на работу ЛФД сильно влияют изменения температуры окружающей среды и величины обратного напряжения. Поэтому при использовании ЛФД, во- первых, необходимо обеспечивать требуемые условия нормального функционирования и соответствующую данному ЛФД рабочую точку. Во-вторых, для обработки сигналов от ЛФД нужно усилить эти сигналы до уровней, достаточных для последующей его обработки. Но неполнота представления о характеристиках и параметрах некоторых структур ЛФД делает нецелесообразным их использование в различной технике вследствие непредсказуемости изменения свойств прибора при воздействии на него внешних факторов.
В настоящее время отсутствует полноценное отечественное устройство детектирования одиночных фотонов, способное удовлетворить нужды разработчиков промышленных систем связи, в частности, систем квантовой криптографии по распределению квантового ключа. Необходимо проводить исследования в этом направлении как в области разработки технологии создания структур ЛФД, так и в области изучения оптимальных режимов работы таких приборов.
ЛФД, исследуемые в данной работе, могут найти широкое применение не только в качестве фотоприёмников электромагнитных, но и использоваться при построении трековых детекторов. Высокая чувствительность данных ЛФД в широкой области светового спектра, компактность, надежность, нечувствительность к магнитным полям, высокое быстродействие делают возможным использование данных фотоприёмников в различных областях науки, техники и медицины.
При проектировании лавинного фотодиода было приведено описание некоторых моделей прибора, приведены их достоинства и недостатки по сравнению с аналогами. Выбрана оптимальная структура ЛФД. Приведены режимы работы лавинного фотодиода.
Описаны возможные маршруты изготовления полупроводникового прибора. Дано описание процессам изготовления ЛФД методом эпитаксии и двухстадийной диффузии. Рассчитаны и построены профили распределения примеси для диффузии идеальной и уточненной модели. Для уточненной модели распределение примеси приведено с учетом сегрегации, зависимости концентрации от времени и влияния процессов загонки и разгонки друг на друга.
Исследовано влияние параметров структуры лавинного фотодиода на его характеристики, построены графики полученных зависимостей. В таблицу 4 сведена связь между основными технологическими параметрами, параметрами структуры ЛФД и его характеристиками. Таким образом, в ходе работы была установлена взаимное влияние параметров структуры, технологических параметров и характеристик лавинного фотодиода друг на друга.
