1 / 42

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

D* של גלאים קוונטיים – תכונות משותפות. 3 -. מבוא לאלקטרו-אופטיקה. ראשי פרקים. D* and R D - 1. 2 -הענות ספקטרלית של גלאים - יחידות. פרק 10: פיסיקה של גלאים. 4 - סיבות. R D [V/W]. R D [A/W]. גלאי קוונטי מעשי. גלאי תרמי. l. l cut. הענות ספקטרלית של גלאים - יחידות. עבור מערכות

benson
Download Presentation

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. D* של גלאים קוונטיים – תכונות משותפות 3 - מבוא לאלקטרו-אופטיקה ראשי פרקים D* and RD - 1 2 -הענות ספקטרלית של גלאים - יחידות פרק 10: פיסיקה של גלאים 4 - סיבות מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  2. RD [V/W] RD [A/W] גלאי קוונטי מעשי גלאי תרמי l lcut הענות ספקטרלית של גלאים - יחידות מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  3. עבור מערכות להדמיה תרמית RD [V/0C] • כי בתחום צר של: • T ו- • Dl הפרש הקירון DWl (Dl) = [Wl(TBB) - Wl(RT)] הנח ש- ; RT = 20 0C; Dl = 1 mm ; l0 = 4 mm חשב את הפרש הקירון לעומת טמפרטורת החדר בטמפרטורות הבאות: T = 15 0C T = 18 0C T = 25 0C T = 30 0C מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  4. 2 - lmin 4 – lD*max 1 - lcut Hudson, p. 294 D* של גלאים קוונטיים – תכונות משותפות 6 - שיפוע שלילי חד מ- D*max 5 - שיפוע חיובי דומה עד D*max 3 - D*max מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  5. D* [m Hz1/2W-1] D-star l lcut • (D* max) לפונקציה D* של כל הגלאים קוונטים יש מבנה דומה כתלות באורך הגל שיפוע חיובי מתון שיפוע שלילי חזק lmin> 0.0 mm מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  6. D* and RD • נניח שהמדידות בוצעו באותו: • Df • הרעש • השטח של הגלאי נראה שקיים קשר ישיר בין D* and RD -: D* a RD ל-RDיש התנהגות דומה ל-D* היחידות יותר מובנות מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  7. RD [V/w] RD, max(Si) = 0.5 A/W RD [A/W] l • (RD max,Si) = 0.85 mm lcut(Si) = 1.1 mm נעבוד במישור של RD בגלאי לדוגמה Si גלאי קוונטי מעשי 3 ששת התכונות משותפות לכל הגלאים הקוונטים. אפקט פוטואלקטרי פנימי וחיצוני 6 5 2 1 4 מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  8. סיבות לתכונות המשותפות RD(l)=f(Eg)·f(l<lmin)·f(Eph)·f(Rl)·f(aBL) מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  9. f(Eg) A - + Eg הולכה e- hn < Eg hn =Eg h+ ערכיות • פוטון בעל • אנרגיה • קטנה • מ-Eg . • מעבר שקוף hn סיבה 1: גבול עליון באורך גל לבליעה נקבע ע"י Eg hc/lcut = Eg f(Eg) = 0 l > lcut מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  10. p n V e- e- e- e- e- e- e- + + + + + + + + Eg Valence Band d גילוי בצמתים (הטכניקה הנפוצה ביותר) תאי שמש צומת Conductance Band כאשר הפוטון פוגע בצומת, השדה הפנימי מפריד את נושאי המטען הנוצרים Depletion Layer מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  11. A - + e- הולכה ערכיות h+ hn f(l<lmin) סיבה 2: בליעה באורכי גל קצרים אפקט פוטואלקטרי חיצוני: אלקטרונים מאוד אנרגטיים נבלעים. אבל האלקטרון לא קופץ לרמת ההולכה אלה נעקר מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  12. RD [V/w] l When (lincident < lmin( RD= 0 בליעה באורכי גל קצרים רוב הבליעה של אורכי הגל הקצרים לא מובילה אלקטרונים לרמת ההולכה l(phel. ext.)= lmin = hc/w עבור סיליקון w = 4.52 eV lmin = 0.27 mm When(l < lmin): RD(l) = 0.0 V/W f(l<lmin) = 0.0 מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  13. RD [V/w] גלאי קוונטי אידיאלי RD [A/W] l f(Eph( סיבה 3: אנרגיה של פוטון (בוואטים) כל פוטון מעלה אלקטרון אחד, בודד לכן, פוטונים אנרגטיים יעילים פחות עבור כל joule מקבלים פחות אלקטרונים ברמת ההולכה lcut(Si) = 1.1 mm מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  14. hc Eph = hn = l (6.6x10-34 J s)(3x108 m s-1) = l (1.98 x 10-25 J m) = l אנרגיה של פוטונים Eph[l = 0.4 mm] = 0.5 x 10-18 J Eph[l = 0.8 mm] = 0.25 x 10-18 J נניח שמספר הפוטונים הנבלעים, משתי אורכי הגל הוא: nph = 1018 ph/s בשני המקרים אקבל אותו מספר של אלקטרונים ברמת ההולכה P[l = 0.4 mm] = 0.50 W ההספק ,ב-W, יהיה P[l = 0.8 mm] = 0.25 W זקוקים לפחות פוטונים חלשים על מנת לקבל אותו מספר אלקטרונים בהולכה מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  15. נותן לעקום ההענות צורה של משולש RD [A/w] השיפוע בלתי תלוי בגלאי l השפעת אנרגיה של פוטון RDl,ph [A/W] = I/Pl When (lmin< l < lcut): Il,ph= (dnph(l)/dt)e = (Pl/hn)e = Plle/hc הספק אורי ב-l נתון RD,l,ph = I/Pl =Plle/Plhc RD,l,ph = le/hc בדיקת יחידות [m][C][s]/[J][s][m] = [C]/[J] = [C][s]/[J][s] = A/W מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  16. RD [A/W] l השפעת אנרגיה של פוטון עבור אורכי גל lmin < l < lcut יש לכל הגלאים הקוונטים אותו RD,l,ph RD,l,ph = le/hc תלות ליניארית ב-l, עד ל- lcut באופן מעשי השיפוע מתחיל לרדת לפני l(RD max) f(Eph)= 0.808 x l [A/W] אורך הגל במיקרון מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  17. The responsivity of an InGaAs detector DRD = 1.45 – 0.3 = Dl = 1.75 – 0.33 = Jarle Gran, Ph.D. Thesis, Faculty of Mathematics and Natural Sciences University of Oslo, 2005 שיעור בית: חשב, מתוך התוצאות הניסיוניות המוצגת בשקף את השיפוע והשווה עם הערך הצפוי. DRD,l/Dl מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  18. I0 IR f(Rl) סיבה 4: גורם החזרה Detector 2 nt - ni nt + ni Rl(qi= 00)= החזרי Fresnel גורם החזרה, התלוי בגורם השבירה, שבעצמו תלוי באורך הגל מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  19. A n Dl 1.6 מהירות האור הנמוכה ביותר 1.5 1.4 lS l0 lL 1.3 מהירות האור גבוהה ביותר 1.2 החזרי Fresnel גרם החזרה, התלוי בגורם השבירה, התלוי באורך הגל גורם החזרה לפי המודל של Helmholtz זאת דוגמה. יש פתרונות נוספים מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  20. Effect of Absorption on Dispersion ls>l(min n) ירידה עליה ירידה ls=l(min n) Fudamentals of Optics, Jenkins and White, McGraw-Hill,1957, p. 476 הנפיצה הקרומאטית בתוך פסי הבליעה היא פונקציה מורכבת מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  21. השפעת גורם החזרה גורם החזרה מוריד את RD בכל אורכי הגל When (lmin <l < lcut): Il,ph= (dnph(l)/dt)e = Ple/hn = Plle/hc ההספק הנכנס לתוך הגביש When (lmin <l < lcut): Il,R+ph= Il,ph [1-Rl] = [1 - Rl]Pl le/hc RD,l,R= [1 - Rl]le/hc f(Rl) = 1 - Rl משנה את השיפוע עליה ליניארית עם l מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  22. http://www.ird-inc.com/axuv.html תחום עבודה של גלאי Si lmin = 0.27 mm lcut(Si) = 1.1 mm Optronics 4 Refraction Index

  23. "טרפז ההענות" a lcut l f(aBL) סיבה 5: בליעה המקדם האקפוננציאלי של הבליעה יורד עם אורך הגל ומגיע לאפס ב-lcut המסקימה ב-RDנוצר בגלל שתי נטיות מנוגדות: f(Rl) עלה כפונקציה של l הבליעה מורידה כפונקציה של l מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  24. ירדה פתאומית לקראת lmax גדול מאודa I = I0 exp(-aL) Wilson and Hawkes p. 316 מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  25. http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/index.html יחידת אורך שונה, פונקציה לוגריתמית מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  26. Eg הולכה hn =Eg ערכיות נסתכל שוב בדיאגרמת הרמות של מל"מ מדוע RDלא מסתיים בצורה חדה ב- lcut? מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  27. Saleh and Teich, 552- 559 Wilson and Hawkes p. 57 - 61 EF איכלוס ברמת ההולכה ריכוז האלקטרונים בעלי אנרגיה E ריכוז האלקטרונים בעלי אנרגיה E E Ec n סטטיסטיקה של Fermi-Dirac פונקציה אקספוננציאלית של הטמפרטורה עבור הפרש אנרגיה בין שני מצבים מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  28. EF EV איכלוס ברמת הערכיות ריכוז האלקטרונים בעלי אנרגיה E n מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  29. n(E) Ec EF EV בשיווי משקל תרמי, הרמות התחתונות של ההולכה מתמלאות באלקטרונים העוזבים את הרמות העליונות של פס הערכיות נסתכל בפוטון lcut יתכן שלא ימצא, אלקטרון בברמה הגבוהה ביותר של הערכיות ואם הוא מוצא אלקטרון, יתכן שלא יהיה מקום פנוי לאלקטרון ברמה התחתונה של המוליכות ההסתברות לפוטון עם lcutלהיבלע היא נמוכה מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  30. n(E) Ec EF EV נסתכל בפוטונים חלשים, הקרובים ל- lcut לפוטונים חלשים ההסתברות להיבלע קטנה כי: הרמות התחתונות בהולכה תפוסות ההסתברות גדולה מזו של הפוטון בעל lcut, אבל עדיין קטנה מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  31. n(E) Ec EF EV נסתכל בפוטונים בעלי אנרגיה גבוהה לפוטונים האלו ההסתברות להיבלע גדולה כי: א'- יש תמיד אלקטרונים ברמות התחתונות של הערכיות ב' - הרמות עליונות בהולכה פנויות מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  32. תתקיים בליעה אם: hc/l + (Ev’,I)absor = (Ec’,E)absor (Ev,I)absorהיא האנרגיה של הרמה בפס הערכיות (התחלתית)שבו נמצא האלקטרון לפני תהליך הבליעה (Ec,E)absorהיא האנרגיה של הרמה בפס ההולכה (הסופית) שבו נמצא האלקטרון אחרי תהליך הבליעה מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  33. RD [V/w] l • (RD max,Si) = 0.85 mm lmax(Si) = 1.1 mm גורם הבליעה מזיז את המקסימום בהענות לאורכי גל קצרים מ- lcut For a Silicon detector 4 סדרי גודל בתחום הבליעה, לא עוזר הרבה להגדיל את L מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  34. פוטונים השטח המואר אלקטרודה w L אלקטרודה d השפעת גורם הבליעה • תלוי ב-: • גורם האקספוננציאלי של הבליעה, aL • בדרך האופטית, L מבנה הגלאי מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  35. L המעגל אלקטרודה פוטונים Bias Voltage Detector אלקטרודה RL Output Voltage IL = I0 e-aLL T = Il,T/Il,R+ph = exp(- aBLL) f(aBL) = A = 1 – T = 1- exp(- aLL) השפעת עובי בגביש על הבליעה מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  36. RD [A/w] l’ l • (RD max,Si) = 0.85 mm lcut(Si) = 1.1 mm עבור אורכי גל l << l(RD max) A = 1 – T = 1- exp(- aBLL) A = 1 T = 0 = exp(-aLL) ln(aBLL) = 1 היצרנים דואגים ש-L יהיה גדול מספיק כך ש-: ln(aBLL) = 1 מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  37. נשתמש בשרטוט ע"מ לחשב את עובי בגלאי, הדרך האופטית L, לבליעת 99.99% מהפוטונים הפוגעים בגלאי GaAs באורך גל של 0.8 מיקרון. a(GaAs, 0.8 mm) = 104 cm-1 A = 1 – T = 0.9999 T = 0.0001 = exp(-aL) http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/index.html lan T = - aL = lan (0.0001) = - 9.2 aL = 9.2 L = 9.2/a = 9.2/104 =9.2x10-4cm = 9.2 mm מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  38. קוונטי (פוטו-אלקטרי) חיצוני פנימי Vacuum Photodiode Photo-Conductive Photo-multiplier Photovoltaic Image Intensifiers Photodiode הפונקציה הכללית להענות בגלאים קוונטים (lmin < l < lcut): RD(l)= le/hc[1 - Rl][1- exp(- aBLLD)] מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  39. הענות של גלאיים קוונטיים פוטו-אלקטריים חיצוניים Hamamatsu פוטונים מאוד אנרגטיים. עוקרים את האלקטרון לאיסוף רואים גם כאן : אנרגיה של פוטון גבול עליון גבול תחתון גורם החזרה גורם בליעה http://www.hpk.co.jp/Eng/products/ETD/pmte/pmte.htm מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  40. hn + Mphotoelectric e- + M+photoelectric אנודה אלקטרון מואץ Photon hn>w שפופרת וואקום קתודה פוטו-אלקטרית רגישות לכחול, סגול, אולטרא-סגול תא פוטו-אלקטרי רעש: אפקט תרמיוני סוף הפרק הסמסטר מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  41. D-star RD(AdDf)1/2 (AdDf)1/2 D* = D(AdDf)1/2 = = [m Hz1/2W-1] Vn NEP סיבה 6: לנ"ס הרעש מקטין את D* לגלאים עם תחום עבודה באורכי גל ארוכים, יש יותר רעש לכן, רואים בגרף של D* כתלות ב-l, שלגלאים האלו יש D* נמוך יותר מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

  42. http://www.electro-optical.com/bb_rad/detector.htm מבוא לאלקטרו-אופטיקה - פרק 12 גלאים

More Related