光晶體三極體

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更新時間: 2013-08-07

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光晶體三極體是由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收,產生光生載流子,通過內部電放大機構,產生光電流增益。光晶體三極體三端工作,故容易實現電控或電同步。光晶體三極體可分為兩類:雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。

光晶體三極體 -光晶體三極體

 

光晶體三極體 -正文
  由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收,產生光生載流子,通過內部電放大機構,產生光電流增益。光晶體三極體三端工作,故容易實現電控或電同步。光晶體三極體可分為兩類:雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。
  雙極型光晶體管  雙極型光晶體管從結構上分為同質型和異質型兩種。圖為異質結光晶體管能帶圖。光在基區-收集區吸收,產生的空穴(多子)在基區積累,使發射結注入更多電子以保持電中性而產生增益。與同質結型相比有以下優點:①採用寬頻發射區作為光學窗口大大提高量子效率。②採用寬頻發射區提高注入效率,大大增加放大倍數β。對於短波長(短於0.9微米),常用GaAs-GaAlAs系統,對於長波長(長於1.1微米),則採用 InP-InGaAsP系統。對於後者,也可採用背面光照。這些系統基區均採用直接能隙半導體,光吸收率很高,故可做得較薄,大大縮短了基區渡越時間。

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光晶體三極體光晶體三極體

  雙極型光晶體管通常增益很高,但速度不太快,對於GaAs-GaAlAs,β可大於1000,響應時間大於納秒(視增益大小不一)。其增益帶寬積GB在小電流弱光照時受發射極和收集極充電時間常數限制;而在大電流或強光照時則基本上由基區渡越時間和收集極渡越時間決定。一般光晶體三極體fT為晶體管截止頻率。當採用基區引線產生適當偏流時,可顯著降低發射極充電時間常數,並為基區積累的光生載流子提供通路,減小基區等效壽命而縮短響應時間。GaAs-GaAlAs光晶體管響應時間為250皮秒或更短。
  異質結光晶體管雜訊決定於工作電流,小電流時雜訊較低。但小電流工作時發射極時間常數增大,且空間電荷區複合流佔主導成分,也造成增益降低(β正比於,I1-1/ne,n≈2)。為減小空間電荷區複合流,可用分子束外延生長法在靠發射結一端生長約300埃的寬頻基區,並構成基區空間電荷區一部分,這就是「雙基區」結構。
  異質結光晶體管用於光探測器,其性能不劣於PIN光電二極體和場效應複合系統,另外也可用於光放大。
  光場效應晶體管及其相關光電器件  GaAs MESFET可用作極高速光探測器(GaAs op FET),其響應時間為50皮秒或更短,增益可大於10(與工作條件有關)。它的缺點是光敏面積小。GaAs op FET及其相關的N溝光電器件的光增益機構有:①光異體機構,增益等於電子速度與空穴速度之比;②轉移電子效應機構,其增益來自光生載流子在負遷移率區的空間電荷放大作用。與此相關還有許多其他平面型光電器件,其特點均是速度快(響應時間幾十皮秒)、適於集成。這類器件可望在光電集成中得到應用。

 

光晶體三極體 -配圖

 

光晶體三極體 -相關連接

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