Nâng cao hiệu suất thu hồi monome axit lactic sau quá trình lên men nhằm phục vụ cho tổng hợp vật liệu polyme phân hủy sinh học

ĐAI HOC QUỐC GIA HÀ NỘI
TR Ư ỜN G ĐAI HOC K H O A HỌC T ự N H IÊ N

ĐỂ TÀI
N G H IÊ N CỨU C H Ê TAO
C Ả M BIẾN Q U A N G ĐIÊN VÀ CÁC TÍNH C H Ấ T CỦA CH ỨNG
MÃ SỐ : QT 9X-05

CH Ú CHÌ ĐỀ TÀI : PGS TS N G U Y ỄN THỊ THỤC HIEN

CA n r : - .
TRÍIHGTA.VT.

HÀ NỊI 2000


ĐỂ TÀI
N G H IÊ N CỨU C H Ê TAO
C Ả M BIẾN Q U A N G ĐIỆN VÀ CÁC TÍN H C H A T
CỦA C H Ú N G
MÃ SỐ: ỌT98-05

CH Ủ CHÌ Đ Ể
Các Cán Bộ Phối

T À I:

PGS TS

N G U Y Ễ N THỊ TH Ụ C HIỂN

Hợp : GS
Đ àm T rung Đ ổn
PGS TS Nguyễn Ngọc Long
TS
Lê Hổng Hà
TS
Lê Thanh Bình
CN
Trần Vĩnh Thắng


BÁO C Á O T Ó M TẮT
ĐỂ TÀI CẤ P ĐẠI HỌC Q U Ố C GIA
1 T Ê N ĐÊ TÀI : “ N G H IÊ N c ứ u C H Ê TẠ O C Ả M BIẾN Q U A N G
ĐIỆN VÀ C Á C TÍNH C H Ấ T CỦA C H Ú N G ”
MÃ SỐ Q T 98-05
2.
3.

Chủ Chì Đề Tài :
Các Cán Bộ Tham Gia

PGS TS Nguyẻn Thị Thuc Hiển
Đàm Trung Đon
GS
PGS TS Nguvẻn Ngọc Long
Lê Hổng Hà
TS
Lẽ Thị Thanh Bình
TS

CN
Trần Vĩnh Tháng

4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
4.1 Mục tiêu của để tài
Từ các thiết bị có sẩn, rời rạc, xâv dựng được hệ đo phổ quang dẫn có ghép nối với máy
tính. Phấn mém được soạn tháo sao cho việc sứ dụng được dễ dàng và thuận lợi. Hệ do có
thế dùng đế do các đặc (rưng phố. đặc trưng tần số và tap nội.
Tạo các cám biến quang điện như các quang trớ và photodiode từ các vật liệu bán dan
có san.
Kháo sát một số thõng số, đặc trưng của các cảm biến đã chê tạo bảng hê đo được xây
dựng. Đó là các đặc trưng phổ. đặc trưng tán số ( thời gian quán tính ). tạp nội ...
Trên cơ sở nghiên cứu vể lý thuyết cũng như thực nghiệm, tìm chế độ đế có thế sử dụng
các cám biến dưới dạng rơle quang hoặc nguồn ghi nhận bức xạ.
4.2.

Nội d u n s imhiên cứu

-Nghiên cứu cái tiến phần mền đế hoàn thiện hơn trong quá trình sứ dụnẹ.
-Tạo các quang trớ từ các đon tinh thế CdTe loại n có điện trớ suất cao (10 4 Q m ) và
bước đáu chế tạo màng bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong chán không.
-Các photodiode được chế tạo theo hai loai. Loại thứ nhất được chế tạo từ chuvến tiếp
p -11 cua hán dán Si và loại thứ hai tạo tiếp xúc kim loại- bán dẫn Au-CdTe loại n.
Mục tiêu chù Ỵốu là nghiên cứu các cam biến quang đẽ sứ d ụ n s làm các role quane nen
dã xác định độ nhạy, thời uian qn tính. Ngồi ra. cũna đã xem xét các tap nội cua các
cám bièn. Đã nghiên cứu sự phu thuộc cua các thõng số trẽn vào kích thước cám biến. SƯ
gia công hề mặt, độ pha tạp, trờ tái ...
5.

Các kết quá đạt được

Đã xây dưng dược hệ do phổ quang dần có ghép nối với máy tính tlẽn co SO' mọt sổ
thiết bị rời rạc cùa bộ mơn. của đơn vị han và kinh phí do đe tài cap. Phan men ilnet ké ticn
lợi VỚI phỏng tiếna Việt trong Pascal và có hướnvỉ dán ty mi lẽn vi ọc sử dụ 11 li rát thuận lọi.
Voi hệ đo dược xay dựng, có the đo phị quaim dán ớ các nhiệt do khác nhau . pho tàn
sỏ, dặc trung V on-Am pe cũng như tạp nội.
Đã tạo được các cám biên sau:

■»


-Quang trở từ đơn tinh thể CdTe loại n có điện trớ suất khá cao ( lCT-lO'Qm) với các
kích thước khác nhau.
-Các photodiode từ chuyến tiếp p-n Si có sẵn với các kích [hước khác nhau tù
2x2x0.5mm đến 5x6x0.5mm và các photodiode từ tiếp xúc kim loại- bán dản Au-CdTe loại
n với các loại gia cóng bề mặt khác nhau.
Tiếp xúc Au lén bé mặt bán dản được thưc hiện bằng phương pháp lãng đọng hóa học
hoặc bốc bay trong chán không.
Đã đo các đặc trưng phổ, đặc trưng tần số và tạp nội, tìm sự ảnh hướng lên các thơng sỏ
dó và kết luận về chất lượng cũng như hướng sử dụng của các cảm biến đã c h ế
tạo.
-Đã có 5 sinh viên chuyên nghành vật lý chất rắn làm việc
trên hệ đo
và đã báo vệ
thành công luận vãn tốt nghiệp.
Hàng năm, iưỏn có khống 2 đến 3 sinh viên năm thứ ba tập dượt trên hệ đo. Trong sơ
đó có một sinh viên đạt giải nhì trong hội nghị khoa học cấp Đ H Q G Hà Nội.
Đã có 3 báo cáo tai các hội nghị khoa học bao gồm
Một báo cáo tại hội nghị “Đào tạo. nghiên cứu và ứng dụng về khoa học và
công nghệ vật liệu” 8-2000. Huế.

Hai báo cáo tai hội nghị khoa học tai trường Đ H K H T H -Đ H Q G H N 11-2000
6.

Tinh hình kinh phí
Tống kinh phí được cáp 16 triệu trong hai năm 1998-1999
Kinh phí dã chi theo đúng hạn mục đãng ký.

Xác nhận của han chủ nhiệm khoa
(Ký và ghi rõ họ tên)

[ .. V .

(

Chu trì để tài
( Kv và ghi rõ họ tên )

KÁ — Y

Xác nhận của trườn a
> > S vP h Ĩ Hlìu TR'JCN’O

/

4


BR IE F R E P O R T
1. The title of the project
IN V E S T IG A T IO N OF P R E P A R A T IO N O F P H O T O D E T E C T O R S A N D

T H E IR C H A R A C T E R IS T IC S
CODE: Q T98-05
2. Main responsible person :
3. Main implementation mem ber

N guyen T hi T h u c H ien
Đani Trung Đon
Nguyen Ngoc Long
Le H ong Ha
Le Thanh Binlĩ
Tran Vinh Thang

4. Objects and content of research
4. ] The objects
-Setting up a interface photoconductivity spectrum m easurement based on the facility of
lab o rato ries equipment. The softway must be composed with the convenient. By the setting
up apparatus one can measure the response and frequence spectra. The intrinsic noise and IV charateristics arc also measured.
-To make some photodelectors such as photoresistors, photodiodes upon on responsible
sem iconductor materials.
-To measure some characteristics and parameters of the photodetectors such as response
characteristics, relaxation time, noise...
-To find out the ability for application of made photodetectors.
4.2 The content of research
-To find the best softway for composition.
-To make pholoreristois and photodiodes from photosensitivity semiconductors such as
CdTe, Si. The photoresistors have been made from a single crystal CdTe n-tvpe with rather
high resistivity (p = 104H-l<ỹQm).
The photodiodes have been made by two types. The first is based on Si p-n junction and
the second is contact of Au-CdTe n-type.
The role of photodetectors concentrates on using a relay or sensor so they must be

sensitivity at proper wave lengths, their relaxation time should be short enough, intrinsic
noise should he small... B\ this propose the project concentrates on investigation the
influence of some parameters on the properties of photodetcctois such as photosensitivity
raimc. relaxation time, the suface technology, impurity, load resitors... Besides intrinsic
noise was investisated.
3.

The results of research
Upon on the discrete equipment of the
photoconductivity m easurem ent was set Lip.

Department

of General

physics

tile


The Pascal language supported bv Vietnamese fonts was used to control. The system
can be operated easily to determine the spectral and frequence characteristics of
semiconductor photodetectors. The intrinsic noise can be also measued by this system. The
photodetectors of such kinds was made:
+ photoresistors based on CdTe n-type with resistivity about 104Qm .
+ Photodiodes based on Si p-n junction with diffirent areas ranged from 2x2x0.5m m
to 5x6x0.5mm.
+ photodiodes based on the contact Au-CdTe n-type with diffirent surface
technology: cleved, polishing, etching... The Au contact was made by chemical deposition
and evaporating.

The characteristics
such as photoconductivity spectra, frequence spectra were
measured. The influence of the areas of photodetectors on the relaxation time was
investigated. The intrinsic noise of the photodetectors was also investigated.
There were 5 students who have done thesises on the apparature.
There are 2-4 sutudents coming ofen to learn research . Am ong them one student
won the second prize from the student conference of Vietnam national university HaNoi.
There were 3 reports on physics conferences.

6


M ỤC LỤC
Trang
M ớ đầu

8

Phần 1 lý thuyết

......................................

9

1.1. Hiện tượng quang dẫn và các linh kiện quang điện tử

9

1.2.Quang trớ

9

1.2.1. Các quá trình điệ tử cơ bán trong quạng trở.

9

1.2.2. Các thông số và đặc trưng của quang trớ.

11

1.2.2. ] . Độ nhạy của quang trớ.

]1

1.2.2.2. Tốc độ hướng ứng (quán tính của quang trở).

15

1.2.2.3. Tạp nội.

16

] .2.2.4. Tạo quang trở.

16

1.3.

Photodiode.

18

1.3.1. Đặc trưng năng lượng.

19

1.3.2. Đặc trưng quang phố.

19

1.3.3. Tốc độ hướng ứng.

19

1.3.4. Photodiode từ tiếp xúc Shotskv.

20

Phấn II Thực nghiệm.

21

2 . 1. Xây dựng hệ đo.

21

2.2. Tao mẫu.

22

2.2.1. Tạo quang trờ.

22

2.2.2. Tạo photodiode.

22

2.2.2.1. Tao diode từ chuyển tiếp p-n Si.

22

2.2.2.2. Tạo diode từ tiếp xúc Au-CdTe loại n

22

2.3

Xác đinh các thông số và dặc trưng của quang trơ và photodiode

23

2 .3 .1 Các thơng sị và đặc trưng cùa quane trờ

23

2.3.2 Các thòng sỏ và dặc tnrng cua photodiode

24

Kết luận.

27

Tài liệu tliain khao
Phụ lục.

7


MỚ ĐẨU

Điện tứ học hiện đại dựa chủ yếu vào các hiện tượng điện tử trong chãt rắn. đặc biệt là
các chất bán dẫn và sử dụng các linh kiện bán dẫn trên cơ sờ các hiện tượng đó. Các linh
kiện điện tứ được chú ý vì có độ nhạy cao. dễ điều khiển, chức năng uyển chuyển, tốc độ
cao... Với những ưu thế trên dường như trong tươns lai điên tứ học khơng cịn gì phải đối
phó nữa. Tuy nhiên, với sự phát triển cùa kỹ thuật, người ta đã phát hiện những hạn chê của
việc áp dụng các hiện tượng điện tử. ví dụ sự cách điện để chống nhiễu và các khả nâng
tăng các thông tin. Điện tử học hiện đại không thể giải quyết một cách cơ bàn vấn đề thu
nhỏ vi m ơ tồn bộ các thiết bị. Các bộ phận truyền thống như biến thế, rơle. biến trở rất thô
thiến so với các mạch tổ hợp vì chúng có kích thước lớn. có bộ phận chuyển động. Những
bộ phận trên đóng góp chú yếu vào trọng lượng của thiẻt bị, tiêu tốn năng lượng, làm cho
giá thành tăng. Sự thu nhò vi mò các linh kiên là rất cẩn thiết.
Vi điện tứ hiện đại thực tế đã đat đươc giới han trên cùa lý thuyết cả về tốc độ truyền
dữ liệu và dung lượng của máy tính. Nếu chi dùng ớ các hiệu ứng cua điện tứ thì khỗng thế
cái tiến thêm được những han chẽ trẽn.
Cá trong lĩnh vực nghiên cứu và thực tiễn người ta cho biết rằng các ván đé đã nêu ở
(rên có thể giái quyết được qua việc nối liền giữa các hiện tượng điện tứ và quang học ở các
chất bán dần. Cụ thể là chuyến lừ điện tử học thành quang điên tú học. Các linh kiện quang
điện tử dựa trên các hiện tượng quang-diện và điện-quang. Vì lẽ trẽn các linh kiện quang

điện tử claim được tập trung nghiên cứu mạnh.
Những linh kiện quang điện tử được s ứ d ụ n s rộ liu rãi và iươrm dối đơn sum, k h ô n ” d á t
liền là các cám biến như quang trớ và photodiode. Các linh kiên này có the sử duns làm
các rơle, chuyển mạch hoặc nguốn LI111 nhãn bức xạ.

Với các chức năng trên, những thơng sị cua các cam biên cần phái xem xét khi nghiên
cứu. chẽ tạo và sử dụng là : độ nhạy, tốc độ hướng ứng. tạp nội.
Đẽ nghiên cứu về các chất bán đản nói chung và các cám biến nói riêng cân có một hệ
đo chính xác. tiện lơi. Vì mục tiêu đó và cũng vì mục tiêu đào tạo. phịng thí nghiệm quana
bán dẫn của hị món Vật Lý Đại Cương Khoa Vật LÝ trườna Đ H K H T N -Đ H Q G Hà Nội
nhận thây việc xây dựng hệ đo phổ quang dẫn đế đo bổ xung cho hệ đo huỳnh quans. hấp
thụ dã có sẩn ờ phịng thí nghiệm .là lát cấn thiẽt. VỚI một số thiết bị có sẩn và kinh phí do
đề tài cấp. c h ú n g tỏi đã xây d ự n e được hệ đo phổ qu an g đản íỉhép nối VỚI m a y tính.

Đế nghiên cứu các cám biến, chúng tôi đã tạo nên một số cam biến quang bán dẫn dưới
dạng quang trớ và photodiode. Một sị tính chát, thông số, đăc trưna cua các cam biến nhu
độ nhạy, tốc độ hưỏ '112 ứns và tap nội đã được nshicn cứu.

8


PH Ẩ N I
1.1.

LÝ TH U Y Ế T

Hiên tương quang dần và các linh kiên quang diên tứ .

Các cảm biến quang là các linh kiện quang- điện tử chuyển bức xạ thành năng lượng
điện. Các linh kiện này dựa trên hiệu ứng quang điện trong của các vật liệu bán dản. Các

loại cảm biến này bao gồm photodiode, phototransistor và các quang trớ.
Các cảm biến quang là các linh kiện bán dẫn hoạt động với ánh sáng. Bức xạ chiếu vào
vật liệu bán dẫn làm thay đổi các thơng sơ vật lv điện. Ví dụ: Tao thèm các hạt tái điện tu
do vỉ vậy làm táng độ dản (quang dẫn) cua vật liệu. Đó là hiệu ứng quang điện trong. Các
cám biến quang điện được sử dụng dựa trên cơ sớ hai hiện tượng: Hiệu ứng quang dẫn
(photoconductivity) và hiệu ứng quang áp ( photovoltaic).
Hiệu ứng quang dẫn là hiệu ứng sinh ra các hạt tai quang và do đó làm tăng độ dẫn cúa
bán dẫn khi được chiếu sáng,
Hiệu ứng quang áp xuất hiện ớ các chất bán dẫn với hàng rào thế bên trong (giữa các
chuyến tiếp p-n. tiếp xúc kim loại- bán dản hay tiếp xúc dị thể ). Điện trườna cúa lớp nghèo
ớ chuyển tiếp phân chia các hạt tái quang ( các điện tử tư do và lỗ Irons tư do ) được sinh ra
do ánh sáng. Sự phân chia các điện lử và lỗ trổng trong không gian dẫn tới sự xuất hiện suất
diện động quang.
Cá hai hiệu ứng dược ứng dụng từ những lợi thố của nó. Hiệu ứng quant! áp được dùng
ứ các photodiode, phototransistor, photothyristor và các linh kiện chuyên tiếp p-n khác.
Hiệu ứng quang dẫn dược sứ dung ớ các quang trớ.
1.2_______ Quang trớ
1.2.1 Các C|iiá trình điên tử c a bán trong quang trớ
Sư hàp thụ ánh sáng làm xuãt hiện các hạt tai tự do trong quans trớ. nó đónạ tỉóp thêm
vào cho tlộ dan điện cua vật liệu cho đến kill chúnạ bị bát: hoặc tam thịi ờ các lãm hát hay
vĩnh viễn ó' các tâm tái hợp. Quá trình này được gắn với các sai hỏng tinh thế. Tất cà các
lính chất quan trọng cua quang trờ như độ nhạv. tóc độ đáp ứng và độ đản tối được xác
định, ít ra là một phần, bởi bản chất và mật độ của các sai hóng tinh thế.
Đê đơn gián ta giải thiết rằng một loại hạt tải chiếm ưu thế trong biếu thức cua độ đản
cùa vặt liệu

ơ - nc u

( 1)

Trong đó n la mật độ hạt tai tư do, Lí là độ linh độn» và e là điện tích cua chúns.
Sụ thay dổi độ dẫn do chiêu sáng có thế sãy nên bới sư thay đối nóne dọ hạt tái hoặc
độ linh động [ I ]
Aơ = eịiAn + enAu
(2 )
Sự thay dổi mật độ hạt tái \n liên quan trực tiếp với cường đị ánh sána kích thích (ị) và
thịi iỉian sóng của hạt tái T
n = T. <|)
(3a)
Từ dó
An - Ĩ..A(Ị) + 0 . \T
(3b)
Từ (3 h ) có thế viết (2) dưới d a n ”
Act = exuA(Ị) + c |ì <Ị>At - neAu

(41

Mỗi một sị hạns trone cịng thức (4) sẽ tiên quan đến ít nhất một cơ chỏ quarm dan.

9


Thành phần thứ nhất eĩ/Ẩầệ biểu thị quang dản gây nẽn sự thay đổi độ đẫn do sư thay
đổi cường độ ánh sáng kích thích. Như vậy mật độ hạt tái thay dối do sự thay đối cường độ
ánh sáng kích thích cịn thời gian sống cùa chúng giữ ngun không thay đỏi.
Thành phần e ụ ộ ầ T chứa đựng các hiệu ứng trong đó thời gian sống thay đơi dưới sự
kích thích quang. Thời gian sống T phu thuộc vào nồng độ tâm tái hợp Ny . thiết diện bắt
hạt tải s, và tốc độ nhiệt V cùa các hạt tải theo biếu thức
:

(5,
v s rNj

Như vậy
AN,
At = _
vs N |

As,

v srN ị

(6)

Sự thay đổi thời gian sống T qua (6) với sự kích thích quang là do hoặc sự thay đổi mật
độ các tâm tái hợp hoặc do sự thay dối thiết diện bắt cùa tâm tái hợp. Sự thay đổi A r ứng
với trường hợp quang dàn khơng tuyến tính.
Với thành phán cuối cùng neAjU, sẽ có ba khả năng làm thay đối I I :
-Xáy ra trên vật liệu không đổng nhất dẫn tới xuất hiện các hàng rào.
-Do hiệu ứng thay đổi tán xạ khi điện tích trên các tâm thay đối.
-Do các hạt tái được được kích thích quang đã chuyến từ trạng thái có độ linh độne
tháp đến các trang thái có đó linh dóng cao hơn.
ơ dây chúng la chi xét trường hợp sự thay đổi độ dẫn A ơ dưới tác dụng của kích thích
quang là do sự thay đối nồng độ hạt lải tự do A n , tức là
Aơ = eịiÀn
(7 )
ơ điẻu kiện dừng ta có
An = B E t
Trong đó E= ỵ/ J vtfr ệ là độ

(8)

dịng ánh sáng và A là diện tích bề mặt dược chiếu

sáng.
B - ìỵị

với Y hiệu xuất lượng tử cứa hiệu ứng quang điên trone. tức ty sỏ sô photon

được hấp thụ gãy nên hiệu ứns quang điện trẽn tổng so photon. Thường Y gân bãng 1.
Nếu có hai loại hạt tái thì
Aơ + LI„T„)
(9)
Thịi gian sơng trung bình cua các hạt tài điện X được xác định bới đặc trưng cua các
quá trình tái họp hay bới các tâm tái hợp. Nó xác định độ nhay của quan 2 trớ. Cức tâm tái
hợp bắt các điện tử dần có thê bao gồm các lỗ trống tư do ớ vùns hố trị. các lỗ trơng định
xứ trên các tâm tạp, trẽn các sai hỏne tinh thè hay ờ bể mặt.
Xác suất lái hợp điện từ lự do với lỗ trốn2 ở vùns hoá trị là rất nho. Các điện tử và lỗ
I rốn tỉ tư do có thế tươna tác với nhau chi khi thoa mãn đinh luật báo toàn nâng lượn 12 và
xuns lượns*. Đinh luật hào toàn năn 2 lượng được thoa mãn vi Iioiiíỉ thời điếm tái hợp cặp thì
có the phái ra photon (tái hợp phát xạ). Nhưiiii vì các photon có xun 2 lượn 2 vỏ cun 12 nho
nên cặp hạt tài chi có thế tái hợp khi chúng có xung lượn 2 nhưna naiio'c hưónií nhau ỏ' thịi
điếm tươnạ tác.
Nêu troim hán dần có các sai hone tinh the thì kill các diên tứ và lỗ Irõna tự do íiặp
nhau ờ gần sai lions tinh thế (các bảy) thì các bảy tham ilia vào các quá trình trao đổi nãnụ
IƯỢI12 và XU112 lirợnti. Các bày có the cho hoặc nhân XLine lưựiiiỉ từ các cặp tái hop làm cho
quá trình tai hợp xáv ra. Như vậy. các điện từ tự do b| hãt vào bảv và sau dó roi vào trạno
thãi trịn a ớ vùng hoá trị. phái xạ ra photon và thay dối xuna lượn Lí của hay.

10

Ngồi q trình tái hợp cịn có q trình điện lư bị bắt vào ‘tàm d ín h ’ tức là các tám
khơng sáu và sau đó có thế được kích thích trở lại do nhiệt. Sự bãt các hạt tái một loại trẽn
các tâm dính có thé làm tãng độ dản không cân bàng À c r .
Cường độ tái hợp các điện tử trẽn tám tái hợp tỷ lệ thuận VỚI nồng độ n cua diện tư,
nồng độ tâm tái hợp N, xác suất bắt điện tử bởi các lỗ tròng cho trước (đặc trưng bới thiết
diện bắt s, ) và tốc độ chuyển động nhiệt trung bình V .
r = — = n N !S IV
(10)
r
Từ biểu thức (10) ta có được biểu thức (5) cho thời gian sõng như đã nói ỏ' trên.
Trong bán dẫn tạp thõng thường, thiết diện bắt s, qua tái hợp trên tâm tap có giá trị cỡ
1 0 " c m 2 và thời gian sống trung bình nầm trong khoảng 10'2 đến 1 0 " ’s.
1.2.2

Các thõng sổ và dãc trưng của quang trở.

Thõng thường, các quang trớ được sứ dụng với mạch dòng khòng đối và điên trờ tai Rn
mac nối tiếp. Trong mạch điện, quang trớ không khác gì các điện tro' khác trong mạch. Nó
khơng phu thuộc vào chiểu của thế ngoài đặt vào.
Thê cực đại dặt vào quang trờ được xác định bới thế đánh thúng lớp bán dản và độ lớn
của cơng suất khi có dịng điện chạy qua.
UJlM,|,lhu„ụ> UUIlJlll< HnjillL

(11)

Trong dó p „
là cịng suất cực đại
I là dòng chạy qua quang trớ.

Uj.mh Hum;, và PL1KJ.„ được xác định bới kích thước cua quang trớ và phụ
thuộc vào từng
loại quang trở. Cóng suất tiêu tán cực dai P llt của quang trở dược chọn sao cho tránh được
sư nung nóng quang trớ làm sai lệch các tính chất của nó. P ư J„ phụ thuộc vào vật liệu làm
quang trỏ. phươns pháp làm lạnh quang trờ và tính chất của nguồn sáng.
Các thơng số đặc trưng cho tính chất cua quang trớ gổm:
1.
Điện trớ tối R r .
2.
Đ ộ nhạy- Bao gổm độ nhạy phổ khi chiêu quang trỏ' bans ánh sáng đơn sắc và
độ nhay tích phân khi chiêu bằng ánh sáng khơng phân tích
3.
Hằng số thời gian T, đặc trung cho quán tính
của quang trớ.
4.
Mức tap nội hay naưỡns nhay.
1

1 Đỏ nhav cua cjuang tro’

Đế đánh giá độ nhạy cua quang trớ một cách định lượng, 112 ười ta đua ra đại lượn ° dó
nhạy l iêng Sp
A / /:

Trong đó dịng quang dãn AI = I - I,. I, là dòng tối. V là thế tác dung, ] la khoang cách
siữa các diện cực. (ị) là nãne lượng ánh sáns hấp thụ.
Độ nhay riêng khơng phụ thuộc vào dang hình học. điện trườn 2tác dụ n e và
cườn>’đò
anh sáng tác dung nếu quang dan thay dổi tuyến tính với diện
trườno tác dụnõ và

cườnằ dỏ
ánh sáng.
Việc nshièn cứu corm thức (12) chi ra rails Ị 1 j
s , = TỊLt

(13)

Biou thưc t i en c h o til thiiv sụ tuoiiiỉ CỊL1UI1 giữa dỏ nlmv \ ’ù thoi "kin SOI]" ihời "11)1

sổng c a n s lớn độ nhạy càn« cao.

1]


Một đại lượng khác cũng được dùng đế xác định độ nhạy cùa quang trớ là L’độ khuếch
đại quang d ẫ n ” (photoconductivity gain). Độ nhạy liêng là thông số cúa vật liệu cịn độ
khuếch đại là thơng số của quang trờ. Độ khuếch đai G được định nghĩa là số hạt tái đi qua
giữa các điện cực đối với mỗi một photon được hấp thu. Nếu thời sian sõng cua hạt tai là X
và thời gian cần để nó đi qua các điện cực là t thi
6' = — + —
i,
t'r

(14)

(nếu có cá điện tử và lỏ trơng cùng tham gia vào độ d ả n ) . Vì t = ụt í ' / / : nên
G = ^ ( r „ / / „ + T pn p )

(15)

Thơng thường trong bán dản chí có một loại hạt tải nên
c . 3 f
/-

( lóa)

G - ——
(16b)
ITrong bán dản người ta còn định nghĩa độ nhạv như tý sỏ của độ dẫn sáng trên độ dẫn
tôi. Đối với detector hồng ngoại, độ nhạy thường được định nghĩa nhờ độ lớn cấn đế cho tín
hiệu bằng tạp nội.
Các sai hỏng trong hán dẫn cũng có thế đóng góp vào độ nhạy cua q u a n 2 trớ. Ví dụ
mọt so sai hỏng m an s điện tích âm có thiết diện bắt các lỏ trống dược kích thích lớn. cịn
thiết diện bai các điện tư được kích thích nhỏ. Các tâm nhạy này có the là các acceptor hu
trừ. Do sự có mặt cua những tâm này mà thời gian sống hiệu duns’ của các diện tứ được
kích thích quang sẽ lớn và có thế mỏi một photon được hấp thụ sẽ có nhiều điện tư đi qua
đươc các điên cực và sự khuếch đại quang dẫn có thế tới lơ 4.
Giữa sự quang đẫn (hay dịng quang dẫn dưới tác d ụ n s của thế đặt vào quang trở ) và
Do dó

c ư ờ n g đ ộ á n h s á n g c h i ế u v à o m ẫ u c ó ty lệ t u y ế n tí nh khi thời Sian s o n 2 c u a hạ t tái k h õ n a

phụ thuộc vào nóng độ tức là T khơng thay đổi với sự thay đổi c ườn Si độ sáng. Đay là trường
họp tái hợp tuyên tính với
ầ ơ - A E t - const.E
(17)
Trường họp này xay ra đối với bán dẫn mà cườna độ tái hop ty lẽ bạc nhất với nóng độ
hạt lai khõnu cân bằng tức là khi cưòng độ ánh sáng nhỏ. nồng độ hạt tai lớn.
Ntiirợc lại. nếu độ dẫn tối nhỏ. cường độ chiếu sána lớn thì sụ quang dẫn tv lệ với cũn
bậc hai cua dịng sáng

Acx = -ÍE
(18)
Trong trirờne hợp tổng qt, sự phụ thuộc phức tạp giữa ctònu quang dẫn và dịng ánh
sá na có dang
I = ( 'li
1roIIti dó

]

(19)


Sự phụ thuộc cua (18) co thế thay dổi khi nhiệt dò thay đòi.
Trong triform hop tái hợp ircn các trạng thái cơ han, thời d a n sons được xác đmh
kliỏnii chi hỡi độ lớn cua tốc dỏ chuyến độns nhiệt V cua hạt tái mà còn phu thuộc vàn
nỏim dỏ hạt tài cân bãng và hộ sò tái hợp y.
1
I = —— -----(20)
y ( n „ + p„ )

Với nhiệt độ tãiiH thòi tú an sõnsi giám nhanh và độ nhạv cua quan II tro tỉiam mạnh.
Trong thực tẽ. có hiện tượng 'dập lát’ quang dản ba n ” cách chiếu ánh sáii '4 hóng ngoai
làm thay đổi đặc trưng cua q trình tái hợp: kích thích b ã n á n h sán
12


tâm tái hợp làm tãng sự tái hợp cùa các hạt tải quang bởi tâm. Điều này dẫn tới sự giảm thời
gian sống cúa hạt tải quang lức làm giảm độ nhạy của quang trớ.

Trong những điều kiện khác nhau, sự chiếu ánh sáng thèm vào có thế làm tăng sư
quang dần nếu nó làm giải phóng các hạt tải nằm ờ “tàm dính” .
Đơi với sự tái hợp tuyến tính, sự tăng và giảm quang dẫn dưới sự tác dụng cùa xung
ánh sáng tuân theo dạng hàm mũ và hăng số thơi gian chính là thịi gian sống của hạt tải. Vì
thời gian sống t xác định độ nhạy của quang trở (theo công thức 13) nên quang trớ nhạy
nhất đồng thời có qn tính lớn nhất.
Độ nhạy tích phán của quang trờ s ~

được xác định khơng chí bời vật liệu, kích

thước quang trớ mà nó cịn thav đổi theo cơ chê hoạt động của nó. Đó nhạy tích phân dùng
đế dánh giá bán thán quang trị. Vì dòng chạy trong quang trớ phụ thuộc vào thế đặt vào
nên độ nhạy cùa quang trớ là hàm của thế:
r. A/ / - /
S = = --—
ầ.ệ Aệ

] V
V
V
AR
------ — ) = — (--------- — ----------------- - ) (21)
AR,
Aệ R, (R, - AR

Trong đó I[ và R, là dịng tối và điện trớ tôi, AR = R| R.
Đ ộ nhạy của quang trở giảm khi tăng tần số biến điệu cúa ánh sáng vì quang trở có
qn tính cua nó. Ngồi ra độ nhạy cùa quang trớ cũng phu thuộc vào nhiệt độ. Đó là vì cúc
tính chất của quang trớ như độ dần phụ thuộc mạnh vào nhiệt đô.

Đế loại trù sự phụ thuộc của độ nhạy vào hiệu thế người ta sử dụng khái niệm độ nhay
tích phân riêng s
S -S V
^
(22)
Độ lớn của độ nhạy lích phân cua quang trớ có các kích thước I. h. đ (A = l.h, d là
chiều dày) sẽ dược tính như sau:

..................
Kết qua là

A ơ ~e jL i B ĩ E —

(23)

AỈ = A ơ .l '
o
_ J, cỉ
s - —— - e liB rl —
A.E
Ị-

(24)
(25)

A/
_ , . cllỉ
—— -cf.iB rl —

(26)

Ta biết ràng hiệu suất của quang trở được đinh nghĩa như tỷ số cua sự thay đổi độ dẫn
... .. .
... \ o
AR
\R
trẽn dộ dan t ô i -----hay ty sô cua điện trơ — . Nêu ta ký niêu — = ồ thì đỏi với ị nhỏ ( ị
rr,
R
R
;< 1 ) ta có
ầơ

(27)

ơu
ố
Nlnr vâv

AR
R/

ầơ

Sn

(28)

fin

cr,,

Đ ộ nliạ> tương dối cua quans trớ là dai lượn." .V- — hav — . Đó là su thav dổi cua dó

/

•ệ

-

d ần t ư ơn g đ ô i trẽn m ộ t ỈLI.X h a y d ò n g sánsi 1 lu ne n.

Như vậy độ nhạy tương đói cua quang trớ s khác với độ nhạy tuyệt đối là khỏno phu
thuộc vào hiệu điện thê rơi trên quanẹ trờ và cưừng độ chiếu sáne.
N ế u d i ệ n trở c u a q u a n g trờ th a v đ ổ i h à n g c ấ p khi c h i ế u sá n « thi k h ị n o cán
ph á i d ù n g độ n h ạ y tư ơ n g đ ố i và có th ể xác đ ịn h đ iệ n tro' c u a tjiianii trớ Ih av dổi

13


AR
khi chiếu sáng tức là tỷ sơ —— với mót giá tri
R,
cường độ sáng cho trước. Đại lượng này cũng
không phụ thuộc vào thế rơi trén quang trở.
Trong thực tế quang trở thường được dùng
trong mạch với nguồn điện V ND ,trở tải R H
(hình I ). Thế rơi trên trớ tải v c khi có dịng
quang điện ÀỊ R H là

Hình

v cr —
= Ai
AIR"
A^ —
=V
( 1I - Ir).R.

\(29)
£s )

Đỏ nhay vé thế V R cua quang trớ được định nghĩa là ty số cua thay đổi cua tín hiệu trên
trớ tai
ái trên sư thay
thav đòi dòng ánh sáng.
sáng
A Vc
V =è!Ị.
hay
(30)
ầệ
AE
Nếu AR «

R r thì ta có [2]

AR

Nhưng

AR

R,

V K = Vv ND

(R J + R
1 A ct

r

= -R

(31)

Aộ
Aơ

(32)

Àệ
trong đó ơo là độ dẫn cân bằng.
Măt khác
A<Ị>

= —----- là đỏ nhay tích phân riêng của quang dan khi khịng có tai do đó
A(Ị) V
Aơ

= S-

A(Ị)

(33)

V ND

R ltRj

= SR,

(R, + R n )'

(34)
(1 + R, ‘
II

Như vậy giá trị cùa đỏ nhạy thê phụ
thuộc vào ty sơ cua điện trờ tói cùa quang trờ
R, \ à tro tai R n. Độ nhạy \'é thế dùng đế
đánh giá quang trớ trong một mạch cu thế
nào đó. Sự phụ thuộc cua v c vào R H được gọi
là đặc trung tái của quang trớ.
Một đại lượng co' bàn cua quang trớ là
clãc trims phò của đị nhạy. Đó là sự phàn bõ
cùa dị nhạy theo bước sóng ánh sáne chiếu
vào quang tro'. Đặc trưns phổ có thế dưực sứ
d ụ n s các dạng sau:
s = f(Â)

hay
ò = cp( /„)
hay

A ơ .a

V,, = VP(Ã)
(35)
Đỏi \ ói đặc trưna phổ neười ta thườne
dù na ký hiệu
là hước sóng Íni 2 với độ
Hình
nhạy phổ cực đạiÀ
Địi \'ó'ĩ q u a n s dãn riêns. do nhạy cực dai năm trên biên 2 uii hấp thu quan" riẽnu f ho'
háp ihụ ) của bán dân (hình 2). Sự °iám dộ nhạy ÚÌ12 với vùng hệ số hấp thu cực đui là do su
tàn2 tốc độ tái hợp mật nsoài dãn tới aiám thời sian sons cua hạt tái \ á nõnđiện.Đặc trung phổ của quang dẫn tap dịch chun \'ể phía sónu dài so với q u a n ” dan riẽn” .
Nồng độ cua tap thường nho hon vài cap so với nồna độ nsiuyên tư chu do đó quaiiõ dan tap

14


cũng nhó hơn quang dẫn riẽng và thời gian sống
trong q trình tái hợp trên tám tap luốn ln
nhỏ hơn so với thời gian sống của tái hợp giữa
các vùng.

a

1.2.2.2.

Tốc dỡ hướng ứng (quán tính cua
quang trở).
Nếu trong vật liệu làm quang trớ chí có các
tâm tái hợp thì thời gian cần để độ dẫn thay đổi
khi cường độ sáng thay đổi đươc xác định bới
thời gian sôngcủa hạt tải tự do. Trong thưc tế,
Hình 3.
đặc biệt là khi cường độ kích thích nhó thì thời
a:Xung ánh sáng
gian đáp ứng có giá trị khác nhiểu so với thời
b: Khơng có bảy
gian sống cùa hạt tải. Sờ dĩ như vậy là do hiệu
c: Có bẫy
ứng
bây các hạt tải tự do. Quá trình này làm kéo dài thời gian tãng và giảm cùa tín hiệu quang
dẫn khi có sự tàng hoặc giam cường độ sáng. Nếu ánh sáng tác dụng có dang xung vng
như hình vẽ 3 till tín hiệu quang dản có qn tính như hình b. Q trình bảy đã làm tăng
thịi gian lãng tín hiệu (đường c) vì làm giám bớt các hạt tải tự do và như vậy cẩn một thời
gian dê thiết lập mật độ mới của hạt tái tự do và sự lấp đẩy mới của tâm bảy đế đạt dược
trạng thái dừng. Quá trình bảy cũng làm kéo dài thời gian giám vì các hạt tái bị bãt sẽ được
giái phóng chậm ra khỏi tâm khi sự kích thích đã kết thúc.
Đối với trường hợp kích thích yếu, mật độ các hạt tải bị bảy có thế lớn hơn so với mật
độ hạt tủi tự do và do đó thời gian giám thực tế là được quv định bởi thời gian giái phóns
hạt tái từ bẫy chứ không phải thời gian tái hợp (tức thời gian sống của hạt tải lự do).
Đối với trường hợp tái hợp luvên tính, như đã trình bày ớ trên, quang tro' cài !2 nhạy thi
quán tính càng lớn. Đối với trường hợp tái hợp bậc hai thì hàm cua q trình tãnu và íinim
khác nhau đối với thời gian do đó sự tăng và giảm khịng đối xứng. Trone trường hợp này
thịi man s o n « k h ô n g phái là hằng sỏ [3] vì vậy chi c ó khái n i ệm thời gian s o n s tức thời và

thời gian qn tính có thể lớn hơn thời gian sống đến vài cấp.
Như vậy, quán tính cua quang trớ được xác định bời thời gian đạt được nồng đỏ ổn
định của hạt tái không càn bằng và độ lớn của nó được xác định bới q trình tái hợp trong
bán dần.
Nsồi các q trình gây nén quán tính của quans trớ đã nêu ở trẽn, cịn có q trinh
khác cũng đóng 2 Ĩp vào quán tính cua quang trớ. Khi ánh sáng chiếu vào bé mặt quang trớ
có hệ số hấp thụ lớn thì cường độ ánh sáng sẽ khác nhau ứng với mỏi độ sâu khác nhau.
Điêu đ ó gày nên m ột gradien cù a 110112 độ hạt tái k h ò n a cân b ă n s và SC x uất hiện d ịn g

khuếch tán từ ngồi vào trong.
Nêu trong bán dẫn có điện trường tác dụng thì cịn tồn tại cá dịne cuốn. Các q trình
trên cũng đóng góp vào đặc trinh qn tính cua quang trớ.. Thời gian qn tính có thế lớn
hơn hoặc nhị hơn thời gian thiết lập trạng thái dừng cua dòna hạt tái khóns cân b an s là do
sự phụ thuộc cụ thê cua từn« vật liệu, kích thước cua q u ans trớ. kết cấu cua nó...
Ụuan lính cùa quang trớ dược xác định bời thời aian phục hổi lớn nhất,
Đe lãng tịc độ đáp ứng cua quang Im', có the SƯ dull” hai cách: ] : Giam mật dô ' 'b a y "
dặc hiệt là nhữim bày nám đúng vị trí với diêu kiện hoạt đỏng cua quail” trơ 2: Chon
nlũrng t âm n h ạy t hích hợp sao cho thịi ỉiian SỊD2 cu a hạt tai tự do niarn I rons q u á trinh

aiám tin hiệu đản tới thời gian siám tín hiệu nhanh hơn. Cách thứ nhất có the thực hiện
được nếu chọn các vật liệu sạch và hạn chê các sai hóniỉ tinh the. Điéu này có thó lliực hiện
dược tốt nếu sử dụng đơn tinh thế.
Kha nàng thứ hai đế tãns tốc độ hường line là quail!! tro' hoai đ ộ n ” dưoi diêu kiện sao
cho các tâm nhạy không chuyến từ các bẫy lỗ tròn” thành tám tái hợp. Khi ni ám CƯỜIILÌ (in
ánh sána. các tâm này đ ó n s vai trò các bay lõ tròn 2 . Điểu đó có nahĩa la khi nẫt ánh sáiiíí.

15


các điện tử khõng những được giải phóng từ bẫy mà cả các lỗ trỏng cũng được giải phóng

từ các tám nhạy. Điều này dẫn tới sự giảm thời gian sống cua các điên tử được giải phóng
và do đó thời gian giám tín hiệu được rút ngắn.
Thời gian quán tính (tốc độ hường ứng)
là một thơng số quan trọng đối với các qung
trở, đạc biệt là khi sử dụng làm các rơle.
Thời gian quán tính được xác định từ đãc
trưng tần số. Đ ó là đường cong phụ thc
của độ nhạy tín hiệu vào tần sỏ ánh sáng
kích thích. Từ đặc trưng tần số có thê xác
định được tần số giơi hạn tj,h ứng với độ
nhạy giám đi J 2 lán so với độ nhạy cực
đại. Khi đó thời gian quán tính cùa mẫu
được xác
định nhờ tắn sỏ giới hạn
Hình 4. Đặc trưng tần số.

1.2.2.3 Tap nói
Tap gây nên trong quang tró' do nhiéu nguyên nhân nhưng những loai tạp quan trọng
nhất xuất hiện trong quang trớ gồm
1. Tạp Johnson: Tap này gây ra do chuyển động nhiệt của các hạt tái trong quang trớ.
Tạp thế bình phương <l ' ff > qua diện trớ R| được biểu diễn qua hiếu thức

>= 4kTRj A/

(36)

Trong đó Af là độ rộng băng tần.
Tạp này luôn luôn tổn tại ngay cả khi khơng chiếu ánh sáng vào quang trớ. Ví dụ thè
tap 5nv cho điện trỏ' ỉk Q ờ nhiệt đỏ phòng và độ rộng băng tán 1Hz.

2. Tạp sinh huý: Tạp này gãy ra bới sự sinh hạt tai do nhiệt và sự tái hợp chúng. Tạp
sinh huỷ chi q u a n sát được nếu có d ị n s c hạ y qu a q u a n e trở.

3. Tạp 1/ĩ: Tap l/f được sinh ra do ảm h hưởng cứa bề mặt quang trớ. Tạp nàv thường
đáng kế ớ vùng tán số thấp.
4. Tạp khuếch đại: Các dụng cụ khuếch đại tín hiệu cũna khuếch đại cả tap ở lối vào.
Điểu kiện cùa các máy khuếch đại là phải có tỷ số tap lối vào trên và lói ra phai xáp xỉ b ằ n 2
I.
5. Tạp nền: ánh sáng nền rơi vào nsuồn nhận cũng là một nguồn tap. Tap này đặc biệt
quan trọn a ỏ' miên h ó n s nsoai xa vì ở miền này naay ca các bức xạ ơ nhiéi đỏ phòng cũng
dóim góp phần iạp đáng kẽ.
Tạp nền có thế làm aiảm bàng cách hạ nhiệt độ n su ồ n shi nhặn.
1.2.2.4 Tao quang trớ
Quantỉ trớ được tạo nén tù các vật liệu
khỏi hoặc m àng cua các vật liệu nhụy quane
với hai liẽp xúc không chinh lưu ớ hai đáu đế
lạo cực cho mạch. Vi quan" trỏ khỏns chinh
lưu nên đòna tác dụnii tlico
liướns nào cũ ne như nhau, đổi xứng ( hình vẽ
5). Việc tạo quang trỏ' Iat đơiiiúàn. Phán lớn
các bán dẩn nhạy quang thưừníi ứ dạng hợp
chất bển vững về hố tiỊ khi đặt trong khơng
khí của lớp khí quyển vì vậy khõna cẩn phái
đật nong chân khơng hoặc thiiN tinh. Vì thê
Hình 5. Đãc trưns V-A cuu «.|uani2 trỏ
kích thước cua nó có

16

thế làm rất nhó íkhịng cẩn bao bọc bên ngồi). Việc chọn kích thước cua quang trớ có thế
theo nguvén tắc sau: Hiệu suất của quang trờ thường đươc đăc trưng bới sự thay đổi đò dan
tương đối
đại lượng

ơ'0.
Acr

đối với dịng ánh sáng tổng cộng rọi trẽn tồn bộ bể mặt: ộ - E . A , tức là

ộ Xét mẫu có kích thước lxhxd (l.dài. h: rộng, d: dày), diện tích bề mặt chiếu sáng lá
A=l.h. Nếu ánh sáng được bán dẫn hấp thụ đều thi trong miền hấp thụ tạp chất hệ sô hấp
thụ nhỏ ( — »
a
tối là

d ) có thể cho rằng sự sinh hạt tải là đểu khắp trong khối bán dẫn. Độ dản

hd

(37)

<*0 = eM„" 0
Độ dan sáng thêm vào
A ơ - e/.íNB ĩ E

hd

(38)

Hiệu suất cúa quang dần là
— — =—
EA ơ 0 n„A

(39)

Hiệu suất lý lệ nghịch với diện tích chiếu sáng cua mẫu: A=l.h. Nếu hệ số hấp thu lớn
(ví dụ trong m i ên liáp ihụ riêng) và sự hấp thụ khơng đéu thì quang dẫn tống CỘI12 cua mẫu
có thế tìm bảng cách lấy tổng theo từng lớp. Quang dẫn cùa lóp có chiêu dày clx cách bẽ
mặt một k h o án g X là

cìầơ = e/.inAn( k) — cỉx

(40)

Độ dẫn tổng cộno
Act = —e u
1
h
= — c u ti tEB( ì - e " )

(41)
TRliHG

Đối với mau dày mà d »

—
ơ.
h

S ơ = —e u ., B ĩ E
Ị

(42)

L±Jj

Độ dẫn tối
/ul

ơ,

(43)

I
Hiệu siiãt cua quang trớ là:
Aơ
HA ơ,

JL Bt
Ad n,

_LỄI
V., n..

(44)

V, là thê tích mâu.
Như vậy, đối với việc tạo quang trớ. cẩn aiàm hoặc tát ca kích thước cua quano trớ
giảm diện tích chiếu sána A.

Câu trúc thường thây ơ quang trỏ bao gom dc thuy tinh trẽn dó đưực phu m à n ” hán dan
làm quang t r à cực kim loại được phu lẽn bé mat \ỚI khoáne cách 0 iiiữa la mién chicu
sáng. Quang trờ cũn a được sử d ụ n s từ đơn tinh the.

17


Các quang trớ thường được sứ dụng làm các rơle quang, các thiết bị điều khiến tư động
quang điện,...
1.3 Photodiode
Các quang trớ có ưu điếm là phương pháp chế tạo tương đối đơn gián nhưng lại có
nhược điểm là thơi gian qn tính lớn (thời gian đóng mở cỡ 10'2-10 's). với cường đỏ chiếu
sáng lớn thì đặc trưng I-V khỏng cịn là đường thẳng. Ngồi ra, các thơng sơ cúa nó phụ
thuộc mạnh vào nhiệt độ. Thời gian quán tính ờ các photodiode nhỏ hơn so với các quang
trớ. Vai trò cứa cùa photodiode ngày càng quan trọng. Chúng thường dùng nhiều ỏ vùng
hổng ngoại nhưng cũng dùng nhiểu để ahi nhận bức xạ năng lượng cao.
Các photodiode được hoạt động hoặc dưới chế độ khơng có phân cực ngồi ( c h ế độ
quang áp) hoặc dươí chế độ phân cực ngược (chế độ quang dẫn). Vùng hoạt động của
photodiode là vùng nghèo cùa chuyến tiếp p-n hav diode Schottky.
ớ c h ế độ quang áp, diode hoạt động như một nguồn sinh dòng quang điện. Biểu thức
cho dịng T() đi qua photodiode có dạng
In =
= /w
v/ r

h

- l „- Ị
ÊỊ'

= ! r w - 7«, [exp(ể V/ K T ) ~ 1J

(45)

Trong đó !,, là dịng quang điện,RH là điện trớ tải mắc nối tiếp. Ipn!à dòng qua chuyển
liếp p-n, V là điện thế tác dụng lẽn diode. ỉ(l là dịnạ bão hồ ớ thế ngược. Khi mạch đê hở
( R ( I - cc ) Ihì I|, =
Từ (45) ta có biếu thức cho thế hớ mạch, tức la suất diện động quang
của photodiode
KT
In 1 +
(46)
Khi mạch nối tắt ( R„ =oc ). thế rơi trên photodiode V - 0 và dòng ngắn mạch là I|((. = Ip.
Đó là dịng của các hạt tải quang sinh ra khi diode được chiếu sáng.
ờ chế đô quang dần. chiều cao hàng rào t h ế cao hơn do đó dịng IPl, = I,tứclà dịng qua
diode khi khơng chiếu sáng. Dòng qua diode được chiêu sáng sẽ là
(47)
ỉ p + A, ' I !■
Trên hình 6 là đặc trưng Von-Ampe ( I .V )
của photodiode. Theo biểu thức (45) ta thấy dòng
In là hàm sò cùa thế V tác dụng vào diode còn
dòng bức xạ <Ị> như là một tham số. Nhìn đồ thị (
hình 6 ) ta thây ngav ràng việc điều khiển quang
cho dịng qua photodiode chì thực hiện được khi
photodiode phàn cưc ngược ( ờ chế đô phân cực
thuận I | . „ » I|. ). Vói chê độ này. dịng quang dẫn
háu như khơng phụ thuộc vào thê ngược và trớ
lái. Vì trớ tái mac nối liếp với diode nên
V sk- !,R h = V
(48)

Trong dó v sl, là thê phân cực ngược của
nsuồn. V là (hè ngược rơi trên diode, I. là dịníĩ Hình 6. Đặc trưng 1-V của photodiode
quang dẫn qua tài .
Như vậy. ớ một chê do chiếu sáns nhất đinh, diode hoạt đ ộ n s ớ chế dò quana dán là
nguồn dịng quang điện Ij, đỏi \ói mạch ngồi. Giá trị cua I,. hau như khỏns phu thuộc vào
các Ihòim số cua mạch nsoài như V s], \'à R ị , .
Các íhơna sỏ \'à đặc trưne cua photodiode cũng gióng như các ihỏnG sị \ à đác trưn"
cua q u a n g trớ m à ta đ ã xét o' trên ù vậy 0' đ âv ta chi xét một s ố đặc trinm q u an trọnsi cull

photodiode.

18


1.3.1. Dăc trưng năng lương.
Đường đặc trưng năng lượng là đường phụ thuộc của dòng Ip vào dòng bức xạ (Ị) rọi trẽn
bề mặt photodiode. Giả thiết ánh sáng chiếu vào vùng n của photodiode. Số photon trong
một đơn vị thời gian sẽ là ^ / ỵ v

Dòng Ip tý lệ với số photon dược hấp thụ trong bán dần

trong một đơn vị thời gian
= (ì ỉ1Xh J hv
Trong đó Tị là hiệu suất lượng tử tức là sỏ' cặp

{49)

ip

điện tử- lỗ trống được sinh

ra do một

photon, q là s ố photon, ỵ Hìa thừa s ố m õ tả phần hạt tái được sinh ra d o á n h s áng k h ô n g

bị

tái hợp trên đường đi đến điện cực.
ở chế độ quang dẫn, photodiode có đặc trưng nãng lượng định nghĩa bằng biểu thức (49) o
trên và có dạng tuyến tính với (Ị). Điều đó có nghĩa là tất cả các hạt tai quang đến được
chuyến tiếp p-n và đóng góp vào dịng quang điện. Trong mọi trường hợp, sư giám bớt hạt
tái thiểu số do tái hợp khơng phụ thuộc vào dịng ánh sáng vì trong tinh thế chỉ chứa ít tâm
tạp noạt
ơọng như
nnu tám
lam tái
tai hợp.
hoạt động
ơ chế độ quang áp, đặc trưng năng lượng
lượne
hoặc là đồ thị cua dòng ngắn mạch Isc
I h ohoặc
ặ c suất
điện động E|, = V|. phu thuộc vào dòng ánh sáng.
Khi (|> lớn, đổ thị ISI - <|> và v,„ - <ị) lệch khỏi dạng
dường thắng (hình 7). Đường I.J -(Ị) lệch khỏi
dường llũing chu yêu là do thê rơi trẽn điện trớ

ỊI

V

k hố i rh c ú a m i ế n b a s e ( m i e n c h i ê u s á n g ) t ă ng với

sự tang dònu ánh sáng. Còn suất điện động ( thê
hớ mạch ) giam là do chiểu cao cua hàng rào thế
giảm vì vùng n và vùng p tích tụ các điện tích dư
cua điện tư và lỗ trống. Kết qua là diện trường cua
c hu y ể n tiếp p-n phân chia điện tứ và lỗ trỏng kém
hiệu qua.hơn và sư tăng của suất điện độna với sự
lãng cường độ sáng chậm hơn.

Hình 7

i .3.2 Dặc trưng nhị
Dùng biếu thức \' - c ,ỵ .

trong đó c„ là vận tốc ánh sáns trona chân khơng ta có thè

đ ịnh ngh ĩa đ ộ n hạy phổ Sp phụ thuộc vào bước SÓI12 t. n hu sau

s

1

= — : q n /v k
<í>

(50)

hC

v ể mặt lý thuyết thì theo o 0 ) độ nhạy có dana đườns tháng cắt gốc tọa đồ ( ả = 0 ) .
Trong thực tế đổ thị khơng phái là đường thẳng và khóng cắt 2ốc. So dĩ nhu vậy la do sự tái
họp bề mặt lăng ( giống như trường hợp cùa quang trơ ) khi bước sóng ánh vin e Siam. Như
vậy miền hước sóng ngủn ứng với sự giám đỏ nhạy phụ thuộc vào chiều dày mien chiếu
sáng của chuyến tiếp và tốc độ tái hợp. Sự lỉiãm cua dò nhay ư miền bước sons’ dai tươna
ứnti với hiên vùng hãp thụ cua vụt liệu, đinh của phò phu thuộc mạnh vào he so hap thụ cua
\\ ãI ft ]liệu
I »•*II

3.3.
"\3.

Tốc
Toe đỏ
đị hướna
hường ứng
Tốc độ hướng ứng cua photodiode là hàm số cua hiệu suất phán chia các hạt tai dưới
tác dung của diện trường chuven tiẽp khi chiêu sáns và độ lớn cua điện liu 112 lớp ncheo Cd.

19


Điện trường của lớp nghèo phân chia lỗ trông và điện tử sau khi chúng khuếch tán đến miền
chuyển tiếp. Thời gian để các lỗ [rống đi qua miền chuyển tiếp là.
t, ~ 5 /
'r / v ...

(5J

Trong đó ơ là chiều dày lớp chuyển tiếp và vmay là vận tốc cuốn cực đai.
Đối với Ge và Si, vmax = 5.10Jms '. ỗ thường nho hơn 5(jm vì vậv hãng số thời gian cỡ
0,1 nss.
Thời gian đế điện dung lớp nghèo tích điện lại khi trở tài nhỏ là hàm sơ của hằng sỏ
ihời gian Cd rh, trong đó rh là điện trớ của miền chiếu sáng của diode. Đổi với những chuyến
tiếp có điện dung lớn, thời gian quán tính đóng góp chú yếu là do lớp nghèo. Chính vì vậy
các thơng sỏ làm thay đổi điện dung lớp nghèo là nồng độ hạt tải, kích thước mẫu. thế phân
cực ngược...cán phải xét tới khi tính thời gian quán tính. Thời gian tăng và giám cùa tín
hiệu khi nhàn ánh sáng kích thích phụ thuộc cá vào trớ tải mạch ngồi và thế phàn cực.
Hình (8) mơ tả sự phu thuộc thòi gian tăng và giảm vào trớ tải R,. Hình (9) m ỏ tá sự phụ
thuộc của thời gian quán tính vào thế phân cực ngược với giá trị trở tãi khác nhau.

roo 1
ĩon

/Ị\ I (|'S)
I lìời
pÍHIÌ

Vịi

.

-10 W M. ỉ a

Ị

1

Ifing
T, ■
T, -1 MOV, 0,30

T

- 1

10
‘:0
ỈIỊ'£XCCHLÌ5 rmmaiuiĩĩ
Hình 8

50

Hình 9

2.4 Photodiode từ tiõp xúc Schottkv
Khác với diode chuyển tiếp p-n thông thường, các diode Schottky hoạt động với các hạt
tải đa số. Các diode này có hai lợi thế là:
1. Nó có thể hấp thụ photon với nãng lượng nhị hơn độ rộng vùng cấm (ớ phía kim
loại). Nếu năng lượng đó lớn hơn chiều cao hàng rào thế thì các điện tử được kích thích sẽ
có thể chuyển động qua hàn 2 rào đến miền bán dẫn. Như vậy phổ năng lượng có thế lùi về
phía sóng dài.
2. Khi năng lượng cua photon tăng, vùng hấp thụ năm trong lớp điện tích kliịng gian
tạo điổu kiện cho việc phân chia điện tử và lỗ tròng. Với chuyển tiếp p-n thì khác, d ị n s
q u a n g d ẫ n gán nhu' b ằng k h ô n g khi đ ộ sâu c ủ a mi ền hấp thụ n h ỏ .

Vói hai lợi thế trên, photodiod kim loại - bán dẫn có thể hướng úrm với khốna bước
sóng rộng hơn so với chuyến tiếp p-n cùng loại.

Ngồi ra, photodiode Schottky cịn có lợi thê là vùng chiếu sáns có điện trơ nhịvà có
lóc độ nhanh. Các diode này cịn có độ nhậv cao và dễ chế tan.

20


PH Ầ N II
THỰC N G H IỆM
2.1 Xây dưng hê do
Sơ đổ hệ đo quang dẫn được vẽ trên hình 10

N ,s
Xỉ)

M áy Đon
sắc

A

V

M

T/h2

T/hl
►

►

L

PC

B
\J
Tín hiêu chuẩn
Đen (g ) v o - ^

Hình 10. sơ đồ hệ đo phổ quang dẫn.
B: Bộ biến điệu tín hiệu
L: Lock-in SR830.
M: Mẫu.
N: Mơ tơ bước.
PC: Máy tính.
Hệ đo được xây dựng chu yếu dựa trẽn máy đơn sắc cũ VSV2-P cúa Đức và khuếch đại
nhạy pha RS830 DSP.
Hoạt động của hệ đo như sau: ánh sáng từ khe ra cùa máy đơn sắc được thấu kính hội tụ
thạch anh hội tụ vào mẫu. Tín hiệu lấy ra từ trớ tái mắc nối tiếp với mẫu được đưa vào
khuếch đại nhạy pha. Dòng ánh sáng chiếu vào mẫu được điểu biên với các tần số có thể
thay đổi được từ 20 Hz đến 1.4 kHz. Tín hiệu chuán được tạo ra bới bộ điều biến ánh sáng
cùng với đèn chiếu và photodiode. M áy tính có nhiệm vụ ghi nhận tín hiệu từ khuếch đại
nil ạy pha tới, điều khiển mỏ tơ bước đế thay đổi bước sóng ánh sáng cua m áy đơn sắc, đồng
thịi từ sơ bước quay của m ơ tơ sẽ xác định giá trị bước sóng. Giữa số bước quay của mó tơ
với giá trị của bước sóng m áy đơn sác đã được thực hiện phép chuyến, vì vậy có thê thay
đối giá trị bước sóng cùa máy đơn sắc một cách tuy ý. Tóc dộ quay của m ỏ tơ được đặt phù
hợp với hàng sô thời gian cùa khuếch đại nhạy pha trong quá trình đo. Đẽ thực hiện các
chức năng trên, chúng tòi đã viết chươns trình bằng ngơn ngữ Pascal điều khiến m áy tính.
Việc trao đổi giữa máy tính với hệ đo được thực hiện qua Card IEEE-488. Với hệ đo được
xày dựng . có thế xác định đặc trưng phổ. đặc trưng tần sô' của mẫu. Kết qua đo dược lưu lại

trong một flic sơ liệu đổng thời m áy tính sẽ vẽ ln đổ thị trẽn m àn hình tro n 2 q trình đo.
Ưu điếm của chươne trình là có sứ dụne. phỏng tiếng việt trong Pascal và có hướns dẫn tý
mi nôn việc sử d ụ n s rát thuận lợi. Trẽn hình 11 là một tron 2 những dao diện cua chương
trình. Chương trình soạn tháo được đưa ớ phần phu lục.
Máu đo đưực dật trong Dewar thạch anh. Dewar được thiết kê sao cho có thế săn trẽn aiá
dặt Irẽn ray q u a n g học và có thế dĩ c h u y ê n hằng ốc vi cấp đế đi ểu c h in h á nh s á n 2 rơi trên

mẫu. Cập nhiệt điện đổng-consiantan dược sư dụng đế đo nhiệt dỏ mẫu và được nối với hộ
khống chè nhiệt độ tự lãp. Đế tàng nhiệt độ cua máu và khịníỉ ché nhiệt dỏ, một In nho
c ô n s suàt 25\v được lãp vào nơi dặt mẩu.

Bộ điều biến ánh sáng được thực hiện nhờ cánh quạt due lỗ nuói băng m ỏtơ điện mọt
chiều. Tán sỏ điều hiến có thể thay đối nhị chiết áp nối với neuồn ni. Bộ cánh dược thiết
kẽ bang m áy tính và nguồn ni ổn áp tự lãp ổ định dịng vì vậy sai số do tán biến diệu nho


Hình 1 1. Dao diên của chương trình

2.2
2 . 2. 1

Tao máu
T a o nu ang trờ

Từ vật liệu khối CdTe loại n có điện trớ suất khá ca lO M CfQ m )có sẩn, dùng dao
lách đê lấy manh đon tinh thể sau đó mài thành những hình khối có chiéu dày khoảne 0.5lm m để tạo quang trớ. Bé mặt quang trở được đánh bóng, ãn mịn bằng dung dịnh Br +
Methanol. Điên cực được tạo bans cách hàn Indium sau đó ủ nhiều giờ ở nhiệt độ khống
] 20"C . Điện cực được nói ra ngồi bơi dãy đồng nhỏ. Đ ế là bán cách điện.
Kích thước mẫu nằm trong khoảng I.5 x l.5 m m đến 5x6mm.
2.2.2 Tao photodiode

2.2.2. ] Tao diode từ chuvẽn tiếp p-n Si
*

Các phiến chuyên liẽp p-n từ bán dẫn Silic có chiểu dầy khoáns 0.5m m với các cực tạo
sẩn được cưa cắt thành các mánh nhị vói kích thước khác nhau nằn trong khoann từ
2.5.\3inm đến 5x6m m.Các cực được nối ra nauổn bằ n <2 cách hàn dãy đỏng m ong .
2.2.2.2 Tao djod từ tiép MIC Au-CdTc loai n
Với các mẫu CdTe dã làm sán như các quang trờ, chúng tỏi tiến hành tạo tiếp xúc Au vào
bé mặt. Đẽ xét chùt lượng cùa các tiẽp xúc. bề mặt cùa CdTe được gia cịnt! \ ó'i những ché
độ khác nhau: Đê mặt lóc lư nhiên, đánh bóng, đánh hóng sau dỏ cho ăn mịn.
Tiẽp xúc được tao bằng cách cho lắng đọng AuCl, lẽn bé mặt hoặc cho hốc hay Au trong
c h â n k h ôn g.

■>7


2.3. Xác dinh các dãc trưng và thòng sỏ của quang trờ và photodiode.
Như phần lý thuvết đã trình bày, các đặc trưng, thóng số quan tron 2 của các linh kiện
q u a n g đ iện tử t rê n g ồm :
Điện trớ tối, thời gian quán tính
Đặc trưng sáng ( đường cong phụ thuộc của dịng quang dẫn vào cường độ sáng ). đặc
trưng phố, đặc trưng tán số.
Đặc trưng tán sơ'
Tạp nội
Chúng tơi sẽ trình bày vắn tắt một số kết quả thu được dựa trên cơ sớ các phép đo trên
hệ đã được xây dựng.
2.3.1. Các thõng sỏ' và dãc trung của quang tro
Đỏi với các quang trớ dược tạo từ đơn tinh thể CdTe loại n. thiết diện chiếu sáng, diện
t rớ tối, di ện Irứ s áng ứng với các cường độ ch iếu sáng khác n hau c ủ a m ộ t sô q u a n g trớ ớ

nhiệt độ phịng được trình bày ở bang 1. Trên bảng 1 cũng đưa ra giá trị cúa độ nhạy khi
chiếu ánh sáng cường độ 100 Lux và hằng số thời gian cua các quang trớ ớ nhiệt độ phòng.
Hàng sỏ thời gian được xác định từ các đặc trưng tần sơ .

Kích thước
(m m )

4x2x1
2,5x2x0,5
3x1,2x1
2.5x2\ !

K.
(MO)

Điện trớ sáng (R)

10
Lux
0.21 13 0.1828
401
162,2
151.2 89.8
156
103.3

50
Lux
0.1724
48.2

49.2
42.8

100
Lux
0.1618
25,59
31.87
25.04

500
Lux
0.1403
7,57
12.2
9.3

1000
Lux
0.1282
4.52
6.65
5,34

2100
Lux
0,1161
2,58
3,24
2.84

Thời
gian
quán
tính
(ms)

Đõ nhạy
A R /k ,
(100 lux)

1.9
5.8
2.67
4.7

0.23
0.93
o.yo
0.84

Bảng 1 Một vài thông sổ cua các quang trở CdTe.

*

Đặc trưng phổ cua các quang trờ cho thâv hầu hết đều có 2 cực đại ớ bước sóng xung
quanh 840nm và 880nm. Nguổn gốc các cực đai này được đoán nhặn theo báo cáo cùa
chúng tỏi tại hội nghị khoa hoc vật liệu tại Hué 8.2000 và tại hội nahị khoa hoc Trường Đai
hoc khoa hoc Tụ nhiên (11.2000 ) là ứng VỚI chuyên mức của điện tử từ vùna hoá trị lén
\ ùne dần và chuyên mức từ lâm sâu lên vùng dản [5.6]

Kcl quá cho thấy độ nhạy của các quang trớ chưa cao và khơng giơns nhau. Nó gồm
hai loại.
Loại thứ nhất có điện trớ nhỏ vã độ nhạy thấp ( qua n s trớ đầu tiên trong b ả n 2 1).
Loại này có đặc trưng sáng khơng phải là đường thắne mà tuãn theo cõng thức (19).
Tuy nhiên với các giá trị cường do sáns < 200 Lux d õ t h ị có đạns tuyến tính.
Loại thứ hai ( 3 quang trớ có điện trớ cao trong bans 1 ) có độ nhạy cao hơn. Đ ãc
Irưng sáng cua loạị này có dạng tun tính đèn tận hơn 2000 Lux ( cõng thức 17 ). Vì vậv
loại này có thế dược s ứ d ụ n u đẽ xác định cường độ sáiiíi cua các bức xạ.
Ọ IIá 11 tính cua các quails trớ tuơníi doi lớn. cỡ mi li giãy. Tuy nhiên troniỉ thực té. có
the lãng tốc độ đáp ứng cùa các quang trớ trên băng cách tán” cườns độ sán*:, Ịiiam trớ tái
hoặc tăng nhiệt độ. ơ các kết qua trên, hãng sỏ thời iỉian được đo với cưữniỉ độ ánh sán lí rát
nhị ( <1 lux ). nếu tăng cườnạ độ sáng lẽn khoana 2000 lux ( tươnti đươii” với việc chiêu
m ột b ó ng đ è n CÕI12 suất vài clụic oát hội lu vào quan*: trò) thi hĩiniỉ so thoi tỉian c ó ihc iiiam

đi một cãp.

23


Vì từ trước tới nay, các quang trớ thường được chế tạo là từ các vật liệu bán dẫn CdS.
PbS, CdSe, InSb, CdHgTe, Ge, Si, chúng tơi chưa tìm thấy tài liệu cụ thế vể quang trớ từ
bán dẫn CdTe nẽn rất khó đánh giá kết quả. Tuy nhiên chúng tỏi chọn CdTe vì đây cũng là
bán dản n h ạ y q u a ng , có hê số hấp thụ lớn và đ ộ n h ạy cực đại n ằ m t rong m i ề n h ồ n g ngoại

gần nên việc tìm nguồn sáng trong việc sử dụng làm rơle quang cũng thuận lợi.
Đôi với CdTe chúng tôi nhận thấy nếu sử dụng quang trờ này làm nguồn ghi nhận bức
xạ, đặc biệt là n hữ n g bức xạ có n ăn g lượng n h ỏ thì tốt nhất là có m àng bảo vệ bề mặt vì
bề mật dề bị ảnh hưởng của điều kiện bên ngồi như khơng khí, độ ẩm [5]. Tuy nhiên
nếu sử dụng làm rơle quang thì sự ảnh hường này khơng đáng kế
Ngồi ra chúng tói cũng bước đầu thử chế tạo quang trỏ' bằng phương pháp tao màng

17 J. Các màng này cũng khá nhạy quang, tuy nhiên quán tính của chúng lớn hơn so với các
mẫu khối [12].
Tạp nội của các quang trớ được đo trên khuếch đại nhạy pha RS830 DSP. Kết quá cho
thấy tạp chủ yếu là l /f và khá lớn [6].
2.3.2 Các (hòng số và dăc trưng của photodiode.
Trên bảng 2 là một số thông số của các photodiode được tao từ chuyển tiếp p-n Si.
Điện trớ phân cực ngược thav đổi là do chiếu ánh sáng với cường độ 3000 lux. Thời gian
quán tính được đo ứ chế độ quang áp.

Kích thước bề
mặt mẫu (min)
5x6
5x5
3.5x5
3x4
3x3

Điện trớ phán cực ngược
Tối (KQ)
12.7
9.5
10,2
4,15
14.5

Sáng (Kfì)
4.8
4.3
2,96
2,1

4,8

Điện dung
pF

Thời gian
qn tính (ms)

4010
3000
2100
2411
7040

2,5
0.56
0.34
0.46
2.18

Các kết q thu được trên bảng 2 cho thấy, nói chung hăng sơ thời gian ty lệ thuận với diện
tích của photodiode. Theo phần lý thuyết thì hằng số thời gian tỷ lệ với điện dung lớp
nghèo, Diện tích bề mặt càng lớn thì điện dung càng lớn vì vậy qn tính tỷ lê với diện tích
hề mật . Ngồi ra, khi phàn cực ngược, hằng số thời gian giam xuống [8]. Đế tìm thế phân
cực ngược lớn nhất c ó thế sử dụng, chú n g tỏi đã tiến h àn h đo đặc trưng von- a m p e cu a tất

*

ca các mẩu. Nhìn chung thê đánh thung nằm trong khống 4 0 V.
Nhìn bảng 2 cũng thây có trườn2 hợp hằng số thời gian không ty lệ thuận với diện tích

bế mật. Nguyên nhân là do điên dung ty lệ nghịch vói độ rộng vùng điện tích khơng gian.
Các kết quá do đặc trưng C-V cho thây nồng độ tap pha khỏna đều nhau tro n ” các
photodiode vì vậy có sự sai lệch trên. Nói chung muốn có photodiode với hằng sỏ thời gian
nho cần giảm bế mặt chiếu sấna. sứ dụng bán dẫn pha tap ít. dùng thê ngược lớn. tãna độ
chiêu sail” cũng như giam chiểu dày mien chiếu sáim. Đối với dièu kiện phịng thí Iiíỉhiệm.
Lining toi ch i c ó the thực h i ệ n việc m a i n k í c h th ước , t ã n t h ê p h á n c ụ c . t ă n g c ư ờ n g đ ộ sánsi

đế suim thời gian qn tính. Niiồi ra. trong khi sứ dụnsỉ có thế giảm trớ tài nếu được đẽ
main thời gian quán tính cua photodiode. Kêt qua đo cua chúng tỏi cho thấy thời iỉian quán
Hull cu a cá c p h ot odi od e có thay đổi với trớ tái ví dụ, với m ẫ u có kí ch t hước 5x5m m chiiniỉ
tòi thu được
Trờ tai
Thời gian quán
linh (ms)

lOkQ
0.83m s

100 kQ
0.87 ms

1M Q
! IĨ1S

2 MQ
1.o.ĩiih
1

24

Trên hình 12 là đặc trưng phố cứa một photodiode từ p-n Si.
Để đánh giá độ nhạv c ũ n g như q u á n tính của photodiode tự tạo. chúng tói đã so sánh
với kết quả đo một photodiode p-n Si sản xuất tại Trung Quốc trong cùng điều kiện như
nhau: kích thước, cường độ chiếu sáng, trở tải. Kết quả cho thấy độ nhạy cua m ẫu Trung
Quốc lớn hơn nhưng độ chênh lệch không lớn. Trái lại, thời gian quán tính cua mẫu Trung
Quốc là 2 , 4 m s cịn Ihời gian qn tính của mẫu tự tạo là 0,87ms. Một số t h ôn g sỏ c ù a các
photodiode làm từ tiếp xúc Au-CdTe được trình bày trẽn bảng 3. Điện trớ thay đổi với
cường độ chiếu sáng là 2000 lux. Trên báng 3 thấy rằng các
photodiode này n h ạy hơn so với các photodiode làm từ chuyến tiếp p-n Si. Tuy nhiên thời
gian quán tính lại lớn hơn mặc dù điện dung lớp tiếp xúc nhỏ hơn rất nhiều. Sở dĩ như vậy
vì vật liệu CdTe loại n mà chúng tơi sứ dụng có độ bù trừ cao , tuy điện dung nho nhưng điện
p Th Q uang

bán d ần

-

Khoa v à t
D flc

F ile

số

liê u

:

K íc lì th U ơ c nau

Lý

-

trư ng

T rư ờ n g
ph ò

*1 0 0 . 0 0 0 0

t ỉi_ a l.q d n
; 2 . 5x 3 .0

EOD

ĐH K h o a H o c T ự N h i è n

*1 0 0 . 3 8 %

ran

0 .0007

0 .0 00 6

o . ođ

401

601

000

ÌO O O

B iíố c s ó n g
DỊ r ô n g

khe

(U P S )

: 0 .2 5

nm -

1200

1 4C

Cnm )

Tan sù

b iế n

đ i èu

t í 11 } i i è u

: 300

( H z)

Hình 12. Đặc trưng phổ cùa chuyển tiếp p-n Si
trở rh lại rất lớn. Ngoài ra, dường như độ nhạy cùa các photodiode này kém hơn độ nhạy của
các quang trờ CdTe ờ trẽn báng 1 . Một trong n h ữ n s nguyên nhãn là do chiều dày cúa lớp
An tiêp xúc hơi lớn (ánh sáns được chiêu vào bề mặt có phu vànsz ) nên ánh sáne bị hãp thụ
một phần khỏng nhỏ.
Điện trớ phàn cực
ngược
Gia cơng Kích thước
bể mặt mẫu
[mm]
Sán g
Tối [MQ]
[M il]
Lãng đọng Mặt lóc tư
8x6
72
4.2
hố học
nhiên
Đánh bóng
5x12
49
9,7
Đánh hóim

Đánh
+ Ản
Phim trong Đánh
chan khơng + Àn

bóng
mịn
bóng
mịn

Điện dung
pF

Thời gian
qn tính
[ms]

2.3

1.8

4.3

2.7

5x4

62

0,98

2,4

1.5

7x6

109

11

6.6

2.3

6x5

2.25

0.6S

s

2.?

Bàns 3. Một so thịng só cùa các photodiode tiếp xúc Au-CdTe