M10 Optoélectronique - Cours 2 : Les Photodiodes
1 . Les photodiodes silicium en
technologie planaire
Les photodiodes silicium en technologie
planaire sont de simples jonctions PN. Une
jonction PN peut être formée soit en diffusant
des impuretés de type P (anode), tel que le
Bore, dans des wafers de silicium de type N
ou en diffusant des impuretés de type N, tel
que le phosphore, dans des wafers de silicium
dope type-p. La surface de diffusion définit
la zone active de la photodiode. Figure 1 : Structure d'une photodiode planaire
Pour former un contact ohmique une autre diffusion d'impureté appliquée sur le dos du wafer est nécessaire. Le
dopage est de type-N+ pour les wafers de type N. Les électrodes sont de simples plots de contact sur la face
avant de la surface active, mais recouvre intégralement la face arrière du composant. Une couche antireflet
peut aussi être déposée sur la surface active afin de réduire les réflexions lumineuses pour des longueur
d'ondes spécifiques. Le dessus de la partie non-active de la surface est recouverte d'une couche épaisse
d'oxyde de silicium qui peut jouer le rôle de masque lors de la fabrication. En contrôlant l'épaisseur du wafer,
on peut contrôler la vitesse et la sensibilité de la photodiode.
2 . Modèle électrique équivalent
Une photodiode silicium peut être représentée par
(Figure 3) :
- Une diode qui représente la jonction PN idéale
- En parallèle avec une source de courant . La source
de courant représente le courant généré par l'onde
lumineuse incident.
- Une capacité de jonction (Cj)
- Une résistance de court circuit (RSH) placée en
parallèle
- Une résistance de série (Rs)
Figure 2 : Schéma électrique équivalent
3 . Diode idéale :
En tant que diode de technologie bipolaire la caractéristique électrique d’une LED est similaire a celle de toute
diode avec une relation courant-tension (I-u) logarithmique.
Eq. (1)
avec kb constante de Boltzman, e charge de l’électron, T température de la jonction, et Io courant inverse.
4 . Résistance de court circuit, RSH
La résistance de court circuit donne la pente de la caractéristique courant – tension de la photodiode à l'origine,
(V=O). Bien qu'une photodiode idéale doive avoir une résistance de court circuit infinie, les valeurs réelles
varient de 10 à 1000 M. Expérimentalement cette valeur est obtenue en appliquant +10mV et en mesurant le
courant et en en déduisant la résistance. La résistance de court circuit est employée pour déterminer le bruit de
courant dans la photodiode sans tension d'offset. (Mode photovoltaïque). Lorsque les meilleures performances
de photodiode sont désirées, les plus hautes valeurs de résistance de court circuit sont recherchées.
5 . La résistance série Rs :
La résistance de série d'une photodiode provient de la résistance des contacts et de la résistance de la zone non
déplétée du silicium (Figure 1). Elle est donnée par.