Быстродействующий фотодетектор Советский патент 1993 года по МПК H01L31/07 

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и может быть использовано в волоконно-оптических линиях связи, оптических системах обработки информации и лазерной локации.,

Цель изобретения - повышение быстродействия при сохранении высокой чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что металлическая структура электродов выполнена в виде плоской, двухвходной спирали, состоящей из двух частей с однонаправленным ходом витков, причем концы частей спирали в центре ее электрически разомкнуты..

На фиг. 1 изображена многослойная структура фотодетектора: на фиг. 2 изображен быстродействующий фотодетектор с пленарной встречно-штыревой структурой металлических электродов спирального типа; на фиг. 3 изображена эквивалентная схема фото детектора.

На полупроводниковую подложку i нанесен слаболегированный эпитаксиальный слой 2, на поверхности которого сформирована металлическая встречно-штыревая структура (фиг. 1). Она состоит из двух частей: 4-5 и 7-9. Каждая из частей спирали электрически соединяется с соответствующим электродом стандартной передающей линии (фиг. 2).

Структура эквивалентной схемы предлагаемого устройства, представленная на фиг. 3, аналогична прототипу. Отличие от прототипа только в величинах эквивалентных параметров 10 (Ls) и 11(Cj), представляющих собой индуктивность и межвитковую емкость спирали. Параметр Ц значительно меньше аналогичного параметра прототипа из-за бифилярности спирали. Встречное на00

о о ел о

правление токов, протекающих по виткам спирали, создает магнитные поля противоположных знаков значительно снижающие суммарное поле спирали. Малая величина Ls по сравнению с прототипом значительно снижает ограничения сверху по частоте из- за отсутствия условий до возникновения резонанса последовательного контура UCj, что расширяет полосу рабочих частот устройства, а следовательно, увеличивает его быстродействие.

Важным параметром схемы устройства является.межвитковая .емкость Cj. Именно этот параметр в основном определяет быстродействие устройства. Постоянная времени фотодетектора , 2RMCj, где RH - сопротивление нагрузки (500 Ом для быстродействующих фотодетекторов).

На фиг. 2 плоская спираль делится диагоналями 407 и 508 на четыре равные части, причем части 405 и 705, а также 708 и 809 представляют собой некоторые эквивалентные емкости, включенные параллельно между собой, Частоты-457 и 789 включены последовательно. Предполагая, что межвит- ковый зазор постоянен и значительно меньше длины прямого отрезка витка, можно для сравнения расчета величины емкости воспользоваться формулой для плоского конденсатора. При этом емкость Cj участка спирали, образованного двумя прямыми отрезками ее витков h и h (И la), будет про- порциональна длине меньшего проводника, т.е. Cj 2. Тогда емкость каждой из четырех частей при квадратной апертуре спирали Счбудетпропорциональ(N/2-1)

на (N/2-1)A-4d п. где А - апертура п 1

спирали, d - межвитковый зазор, N - число витков. Общая емкость спирали:

2Cq-2Cq

2Cq+2Cq

(N/2-1)A0

5

0 5

0

(N/2-1) -4d 2 n.

п 1

Общая емкость прототипа: Сш (N-1) (A-2d).

Отношение емкостей Сш/Cj зависит от числа витков N и от выбранной величины A/d. Существует некоторое число витков No, для которого при N No следует, что

6 А Сш/Cj s. 4, при этом N0 7г-г . Подбирая

соотношение размеров, можно в десятки раз уменьшить эквивалентную межвитко- вую емкость спирали и тем самым повысить быстродействие фотодетектора.

Пример конкретного выполнения.

Для отношения апертуры А к ширине межвиткового зазора d , при А 40 мкм, MKM в числе витков отношение величины емкости встречно- штыревой и спиральной структур . При числе витков эта величина отноСшения - 7,87..

Ч

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является использование широких апертур, при которых выигрыш в быстродействии становится значительным. По своим конструктивным признакам предлагаемое устройство хорошо сопрягается с волоконно-оптическими линиями связи.

Формула изобретения Быстродействующий фотодетектор на основе встречно-штыревой структуры контактов металл-полупроводник, разделенных зазором,%ыполненный на полупроводниковой подложке, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия при сохранении высокой чувствительности, зазор во встречно-штыревой структуре выполнен в виде двухзаходной спирали.

Изобретение относится к оптоэлектро- никё и может найти применение в волоконно-оптических линиях связи, оптических системах обработки информации. Сущность изобретения: в быстродействующем фотодетекторе на основе встречно-штыревой структуры контактов металл-полупроводник зазор во встречно-штыревой структуре выполнен в виде двухзаходной спирали, 3 ил.

Ф ,Г, I

10

--------/VWV

Фиг . 2

13

12

1

II