Đềtéctơ Quang học bằng Bán dẫn

Trong một hệ thống truyền quang học, đềtectơ quang học là linh kiện có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện để chúng có thể được xử lý bằng các linh kiện điện tử. Các đềtectơ quang học dùng trong truyền thông quang học là những đềtectơ lượng tử làm bằng bán dẫn. Trong tài liệu này chúng tôi trình bày hai phần chủ yếu: Phần đầu trình bày các đềtectơ quang học bằng bán dẫn dưới cách nhìn của vật lý các linh kiện bán dẫn và phần sau trình bày hiệu năng của các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đềtéctơ Quang học bằng Bán dẫn Institut d’ Alembert Đềtéctơ Quang học bằng Bán dẫn NGUYỄN Chí Thành Phòng Thí nghiệm Phôtônic Lượng tử và Phân tử Trường Đại Học Sư Phạm Cachan Đơn vị Nghiên cứu Hỗn hợp số 8537, Trung Tâm Quốc gia Nghiên cứu Khoa Học Pháp 61 avenue du Président Wilson 94235 Cachan cedex Pháp ctnguyen@lpqm.ens-cachan.fr________________________________________________________________________________ 223 NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004 MỤC LỤCI. DẪN NHẬP I.1. Nhắc lại các điểm chính trong tương tác phôtôn-bán dẫn I.1.1 Chuyển dịch điện tử trong chất bán dẫn I.1.2 Phản xạ và hấp thụ phôtôn I.2. Đềtéctơ quang học bán dẫn I.2.1. Nguyên lý vận hành cơ bản I.2.2 Các đặc trưng chung a) Hiệu suất lượng tử. b) Đáp ứng đặc trưng theo phổ. c) Độ nhạy. d) Đáp ứng thời gian.II. CÁC BỘ TIẾP GIÁP BÁN DẪN II.1 Bộ tiếp giáp p-n a) Bộ tiếp giáp p-n ở trạng thái cân bằng nhiệt động. b) Bộ tiếp giáp p-n được phân cực. c) Điện dung chuyển tiếp và điện dung khuếch tán. II.2. Tiếp xúc kim loại-bán dẫn II.2.1. Bộ tiếp giáp Schottky a) Bộ tiếp giáp Schottky ở trạng thái cân bằng nhiệt động. b) Bộ tiếp giáp Schottky được phân cực. II.2.2. Tiếp xúc thuần trởIII. ĐỀTÉCTƠ QUANG HỌC LƯỢNG TỬ III.1 ĐỀTÉCTƠ QUANG DẪN ĐIỆN III.1.1 Vận hành của một đềtéctơ quang dẫn điện III.1.2 Độ khuếch đại của quang dẫn điện III.1.3 Đáp ứng thời gian III.3 ĐỀTÉCTƠ QUANG HỌC DÙNG BỘ TIẾP GIÁP III.3.1 Điốt quang p-n a) Vận hành của điốt quang p-n. b) Đáp ứng thời gian. III.3.2 Điốt quang p-i-n III.3.3 Điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện a) Vận hành của điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện. b) Đáp ứng thời gian. III.3.4 Điốt quang Schottky III.3.5 Điốt quang MSM (Métal-Semiconducteur-Métal) III.3.6 Điốt quang dùng cấu trúc dẫn sóngIV. TIẾNG ỒN TRONG CÁC ĐỀTÉCTƠ QUANG HỌC BÁN DẪN IV.1 Giới thiệu tổng quan IV.2 Các nguồn tiếng ồn IV.2.1 Tiếng ồn phôtôn IV.2.2 Tiếng ồn do sự tạo cặp và tái hợp IV.2.3 Tiếng ồn do nhân điện IV.2.4 Tiếng ồn nhiệt IV.2.5 Tiếng ồn 1/f IV.3 Độ nhạy đặc trưng IV.3.1 Độ nhạy đặc trưng của đềtéctơ quang học IV.3.2 Độ nhạy đặc trưng của đềtéctơ quang dẫn điện IV.3.3 Độ nhạy đặc trưng của điốt quang p-i-n IV.3.4 Độ nhạy đặc trưng của điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện IV.3.5 Đo tín hiệu quang học bằng phép đo trực tiếp với các điốt quang a) Đo tín hiệu quang bằng phép đo trực tiếp với điốt quang p-i-n b) Đo tín hiệu quang bằng phép đo trực tiếp với điốt quang dùng hiệu ứng nhân điệnV. ĐO TÍN HIỆU QUANG HỌC BẰNG PHÉP ĐO KẾT HỢPTÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT ________________________________________________________________________________ 225 NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004I. DẪN NHẬP Trong một hệ truyền thông quang học (chẳng hạn như truyền tín hiệu bằng sợi quang, vận hành của các linhkiện chức năng trong quang học tích hợp…), đềtéctơ quang học là linh kiện có chức năng chuyển đổi tín hiệu quangthành tín hiệu điện để chúng có thể được xử lý bằng các linh kiện điện tử. Các đềtéctơ quang học dùng trong truyềnthông quang học là những đềtéctơ lượng tử làm bằng bán dẫn. Trong tài liệu này, chúng tôi trình bày hai phần chủyếu: phần đầu trình bày các đềtéctơ quang học bằng bán dẫn dưới cách nhìn của vật lý các linh kiện bán dẫn vàphần sau trình bày hiệu năng của các linh kiện này trong việc đo các tín hiệu quang. Trong phần đầu, trước hết chúng tôi nhắc lại các điểm chính của tương tác phôtôn với chất bán dẫn trong cơ chếđo sóng quang và các bộ tiếp giáp bán dẫn-bán dẫn và bán dẫn-kim loại. Kế đến, chúng tôi trình bày vật lý cácđềtéctơ quang học bán dẫn trên cơ sở của cơ chế quang dẫn điện trong một chất bán dẫn (đềtéctơ quang dẫn điện),trong các bộ tiếp giáp bán dẫn (điốt quang p-n, điốt quang p-i-n, điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện) và trong cácbộ chuiyển tiếp kim loại-bán dẫn (điốt quang dùng hiệu ứng Schottky, điốt quang kim loại-bán dẫn-kim loại). Trong phần sau, chúng tôi sẽ trình bày, dưới quan điểm vật lý các linh kiện, các dạng tiếng ồn (tiếng Pháp: bruit/tiếng Anh: noise) khác nhau ...