Structures photodétectrices à semi-conducteur : rappels
Composants détecteurs pour liaisons par fibres optiques - Caractérisation et techniques de mesure

1 - Structures photodétectrices à semi-conducteur : rappels

• 1.1 - Effet photoélectrique : la photoconduction
  Figure 1 - Absorption et réflexion de surface Figure 2 - Coefficients d’absorption de quelques matériaux semi-conducteurs dans le visible et le proche infrarouge, à la température T = 300 K Figure 3 - Application du champ électrique : séparation et entraînement des porteurs vers les électrodes
• 1.2 - Photodiode à jonction PN
  Figure 4 - Structure d’une homojonction P+N− photodétectrice et répartition du champ électrique en fonction de la profondeur
• 1.3 - Photodiode PIN : compromis entre sensibilité et rapidité
  Figure 5 - Structure d’une homostructure PIN photodétectrice Figure 6 - Exemples d’hétérostructures « planar » élaborées sur substrat InP
• 1.4 - Rapidité de réponse et bande passante
• 1.5 - Bruit et courant d’obscurité
  Figure 7 - Circuit d’utilisation d’une photodiode Figure 8 - Circuit équivalent de la diode PIN
• 1.6 - Jonction en régime d’avalanche du processus de multiplication
  Figure 9 - Mode de fonctionnement d’une hétérostructure SAGM

2 - Techniques de mesure des caractéristiques essentielles

• 2.1 - Efficacité quantique et sensibilité
  Figure 10 - Schéma de principe correspondant à la première technique Figure 11 - Schéma de principe correspondant à la seconde technique Figure 12 - Courbes représentatives de sensibilités spectrales Figure 13 - Schéma de principe de la réflectométrie en lumière incohérente Figure 14 - Exemple de résultat de réflectométrie en lumière incohérente appliquée à un photodétecteur guide optique élaboré dans un matériau semi-conducteur Figure 15 - Banc de mesure de sensibilité en fonction de l’intensité lumineuse en régime continu Figure 16 - Banc de mesure des non-linéarités par intermodulation
• 2.2 - Mesures des temps de réponse et des réponses en fréquence
  Figure 17 - Partie réelle et partie imaginaire du paramètre S 11 Figure 18 - Circuit de mesures de temps de réponse à des impulsions optiques de durées supérieures à 10−11 s Figure 19 - Principe de l'étalonnage en impulsions par autocorrélation Figure 20 - Schéma de principe de la mesure en spectre complexe Figure 21 - Intensité et écart de fréquence optique instantanée en fonction du temps Figure 22 - Schéma de principe de la mesure de bande passante Figure 23 - Réponses mesurées et normalisées en fonction de la fréquence de battement pour plusieurs valeurs du coefficient de multiplication
• 2.3 - Mesures de densité spectrale de bruit
  Figure 24 - Schéma du banc de mesure de bruit par la technique de l’amplificateur à transimpédance Figure 25 - Densités spectrales de bruit mesurées à 1 Hz et à 5 kHz en fonction du courant d’obscurité Figure 26 - Schéma de principe des chaînes de mesure de bruit Figure 27 - Schéma du banc de mesure de bruit HF Figure 28 - Étalonnage : densité spectrale de bruit S PIN (en nV, en ordonnée) en fonction du photocourant I ph (en µA, en abscisse) relevée dans le cas de la diode PIN à 30 MHz Figure 29 - APD FUJITSU : résultats obtenus à 30 MHz en fonction de la tension V Figure 30 - Densité spectrale de bruit en courant en fonction du photocourant relevée dans le cas d’une APD à 195 MHz [9]

3 - Conclusion