خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





بهينه سازي بهره ترانزيستور نوري دو قطبي اتصال ناهمگون

    چکیده:

    تقاضا براي مدارهاي مجتمع الكترونيكي نوري پر سرعت، تلفيق ديود نوري p-i-n در HBT را برانگيخت. در مجموع اين دستگاه را ترانزيستور نوري اتصال ناهمگون ناميده مي شود. در اين مقاله، HPT تجزيه و تحليل بهره برحسب تراكم جريان نوري انجام مي گيرد. عملكرد ترانزيستور ، توصيف مي گردد. مشتق گيري رياضي فرمول بهره و تجزيه و تحليل پارامترها نشان مي دهد كه دستگاه مورد مطالعه ، قادر به شناسايي و همچنين تقويت از طريق زمان هاي  سيگنال دريافتي است. كاربرد يك HPT براي ايفاي 2 نقش ، تا حد زيادي باعث ساده سازي ساخت گيرندة OEIC به صورت يكپارچه مي گردد. بر اساس نتايج ، انتظار مي رود كه HPT پيشنهادي با پارامترهاي بهينة به دست آمده ، به عنوان جايگزين فوق العاده اي براي گيرنده هاي نوري پرسرعت باند پهن تلقي خواهد گرديد.

    1ـ مقدمه

    در ارتباطات نوري ، طراحان گيرنده از ديود نوري NIN به عنوان آشكار ساز استفاده نموده اند به اين دليل كه از سازگاري با ديود نوري HBT برخوردار است. اگر چه اين امر باعث افزايش ظرفيت خازني و مقاومت سري كلكتور مي گردد كه در نتيجه باعث تنزل قابليت هاي فركانس بالاي HBT مي گردد. يكي از جايگزين هاي PIN كه هنوز به شكل گسترده به كار نرفته است ، HPT ترانزيستور نوري ناجور اتصال دو قطبي است. با استفاده از آن ، علاوه بر سازگاري فرآيند ساخت و هم بافتة آن با HBT ، HPT از مزيت بهرة نوري برخوردار است كه مي تواند در بهبود حساسيت گيرنده و نسبت سيگنال به نويز ، دخيل باشد.

    در اين مقاله ، تركيب ماده  در نظر گرفته مي شود زيرا واكنش نوري بهتري را در منطقه طول موج 1550 نانومتر ايجاد مي كند و تجزيه و تحليل بهرة HPT نوع  انجام مي گيرد دستگاه مورد نظر ،  داراي يك اميتر si نوع n ، پاية  نوع p و كلكتور  نوع n است كه در شكل 1 نشان داده مي شود. HBT از نظر سرعت و فركانس برروي BJT بهبود مي يابد. در ترانزيستورهاي ناجور ساختار درجه SiGe ، مقدار ژرمانيم موجود در پايه ، درجه بندي شده است ، كه ظرفيت نواري در كلكتور را باريك تر از اميتر مي سازد و در نتيجه به ظرفيت نواري نوك تيز جهت بهبود واكنش فركانس دست مي يابد. 

    2ـ صورت بندي دستگاه

    در NPN HBT ، از مواد نيمه رساناي متفاوتي براي اميتر و منطقه پايه براي ايجاد ناجور اتصال استفاده مي شود. اين تأثير محدود به تزريق حفره ها از پايه به منطقه اميتر است. زيرا حامل بالقوه در نوار والانس بالاتر از حامل بالقوه در نوار رسانايي است اين امر اين امكان را فراهم مي سازد كه از تراكم دوپه سازي بالايي در پايه استفاده گردد كه در نتيجه مقاومت پايه را كاهش داده و در عين حال بهره را حفظ مي كند. به دليل نياز به توليد دستگاههاي HBT با لايه هاي پايه نازك بسيار دوپه سازي شده ، اساساً از هم بافتگي مولكولي پرتو استفاده مي شود. علاوه بر لايه هاي اميتر كلكتور و پايه ، لايه هاي بسيار دوپه سازي شده ، در يكي از طرفين كلكتور و اميتر ته نشين گرديده يك تماس اهمي را تسهيل مي سازد كه پس از مواجهه از طريق ليتوگرافي نوري و حكاكي ، برروي لايه هاي كنتاكت قرار مي گيرند لاية كنتاكت زير كلكتور ، كلكتور فرعي ناميده مي شود و بخش فعالي از ترانزيستور است. آشكار ساز نوري نوع PIN از طريق لايه هاي پايه ـ كلكتور ـ كلكتور فرعي شكل مي گيرد.

    3ـ عمليات

    سيگنال نوري تابشي از طريق HPT از اميتر شفاف دريافت مي گردد چنانكه در شكل ]3[ در صورت بندي شمايي نشان داده شده است. تشعشع از پنجرة شفاف اميتر عبور كرده و در منطقه پايه و كلكتور جذب مي گردد و جفت هاي الكترون ـ حفره را ايجاد مي كند. بنابراين حفره هاي ايجاد شده با نور ، در پايه انباشته مي گردند و پتانسيل اميتر پايه را تغيير مي دهند. اين امر نيز به نوبه خود مستلزم تزريق الكترون از اميتر به منطقه پايه است تا خنثي بودن بار در اين منطقه مجدداً برقرار گردد. بنابراين زماني كه عرض پايه wb كمتر از طول انتشار الكترون هاي تزريق شدة Lnb است ، بهرة جريان از طريق عمل نرمال ترانزيستور به دست مي آيد كاركرد اميتر داراي شكاف عريض ، افزايش كارآمدي تزريق اميتر از طريق ممانعت از تزريق هاي معكوس حفره ها از پايه به اميتر است تزريق حاصل در عرض اميتر را مي توان به شكل زير نوشت : در اين عبارت ، نسبت جريان الكترون In به جريان حفره Ip كه از اتصال اميتر عبور مي كند ، متناسب با نسبت افزودن ناخالصي در اميتر Nde و پايه Ndb است و به صورت نمايي با اختلاف شكاف نوار انرژي AEg ميان دو نيم رسانا متغير است. از آنجايي كه در ضريب تواني پديدار مي گردد ، حتي يك ارزش جزئي مي تواند تأثير معني داري بر كارآمدي تزريق داشته باشد. اكنون هدف اصلي در اين تحقيق ، محاسبة جريان هاي نوري و ايجاد فرمول بهره براي تراتريستور نوري از نظر تراكم جريان نور است.

    4ـ اجزاء جريان نوري

     

    براي محاسبه اجزاء مختلف جريان ها ، اجازه دهيد نگاهي به شكل 4 بيندازيم. در اينجا روشنايي نوري ، از جانب اميتر است. لايه هاي كنتاكت N+ اميتر و لايه فلزي اميتر ، به صورت جزئي كنار زده مي شوند تا امكان نفوذ نور فراهم گردد. اثرات جذب نوري در اميتر به دليل شكاف نواري عريض آن ، ناچيز است. جذب نوري در بخش پاية منطقه بار فضاي پايه ـ اميتر نيز ناچيز است. از آنجايي كه پايه در مقايسه با اميتر داراي ناخالصي بسيار بيشتري است، نفوذ منطقه بار پيراموني به پايه ، بسيار جزئي بوده و بسيار كمتر از طول جذب نوري است. بنابراين جذب ناچيزي در منطقه بار فضا وجود دارد. جذب نوري در پايه ، يك جريان نوري Ip را توليد مي كند كه در جريان پايه ، نقش دارد. 

    اكنون جريان نوري كل را مي توان به شكل زير بيان كرد :

    AE = منطقه اميتر ، اكنون براي به دست آوردن تراكم جريان نوري Jph اجازه دهيد موارد زير را تعريف نماييم.

    Dnb = ثابت انتشار الكترون.

     = عمر حامل اقليت الكترون در پايه.

    Vjp = خميدگي پايه برروي سمت پاية ناجور اتصال اميتر ـ بیس

    در اينجا :

    Nde = ناخالص سازي در اميتر.

    Ndb = ناخالص سازي در بیس.

     ضريب جذب در كلكتور.

     كارآمدي كوانتوم نوري كلكتور.

     عرض منطقه بار فضاي كلكتور.

    در اينجا :

    Sc = سرعت نوتركيبي سطحي.

    تراكم جريان نوري Jph از طريق اختلاف تراكم جريان هاي اميتر و كلكتور بيان مي گردد كه از طريق رابطة زير بيان مي شود : پس از جايگزيني ارزش ها ، به نتيجه نهايي تراكم جريان نوري دست مي يابيم : در اين معادله ، عبارت اول از طريق جذب نوري در كلكتور خنثي و انتشار حفره هاي ايجاد شده با نور به منطقه بار فضاي كلكتور پايه حاصل مي گردد كه در اين منطقه از طريق ميدان الكتريكي ، جاروب گرديده و جمع آوري مي شوند. بر اساس تجزيه و تحليل بالا ، مي توانيم بهرة نوري G را براي سه صورت بندي انتهايي براي ترانزيستور نوري برحسب بهرة جريان سيگنال پائين و تراكم جريان نوري ، بيابيم.

     5ـ نتيجه گيري

    ترانزيستور نوري ناجور اتصال پيشنهادي با پارامترهاي بهينه داراي معادلة بهره اي است كه در آن تراكم جريان نوري ، مزيت تقويت زمان هاي  جريان نوري را در سمت جلوي      گيرنده ها فراهم مي سازد همچنين پاية داراي دوپه سازي شديد و اميتر داراي دوپه سازي سبك ، مقاومت پايه و ظرفيت خازني اتصال را كاهش مي دهند كه براي بهبود واكنش فركانس ، يك ضرورت تلقي مي گردد. صورت بندي مورد بحث HPT  داراي قابليت شناسايي و همچنين تقويت سيگنال نوري برروي باند بزرگي از فركانس ها مي باشد. كاربرد يك HPT منفرد براي ايفاء نقش دوگانه آشكار ساز و تقويت كننده ، تا حد زيادي باعث ساده سازي ساخت گيرنده OEIC در شكل يكپارچه مي گردد. بر اساس اين نتايج ، انتظار مي رود كه HPT پيشنهادي با پارامترهاي بهينه ، به عنوان جايگزين فوق العاده اي در سيستم هاي ارتباطي نوري آتي تلقي گردد.

     

     


    این مطلب تا کنون 9 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : نوري ,اميتر ,پايه ,جريان ,كلكتور ,گردد ,جريان نوري ,تراكم جريان ,دوپه سازي ,صورت بندي ,ترانزيستور نوري ,بهبود واكنش فركانس ,نوري ناجور اتصال ,
    بهينه سازي بهره ترانزيستور نوري دو قطبي اتصال ناهمگون

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده