Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором

Экспериментально исследованы фотоприемные устройства импульсных ИК-сигналов на основе кремниевого p—i—n-фотодиода и операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен "искусственный" резистор, обладающий меньшей температурой шума, чем обычный резистор. The photoreception devic...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Datum:2003
Hauptverfasser: Корнейчук, В.И., Рогалевич, О.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2003
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70616
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором / В.И. Корнейчук, О.А. Рогалевич // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 2. — С. 54-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70616
record_format dspace
spelling Корнейчук, В.И.
Рогалевич, О.А.
2014-11-09T07:44:08Z
2014-11-09T07:44:08Z
2003
Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором / В.И. Корнейчук, О.А. Рогалевич // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 2. — С. 54-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
2225-5818
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70616
Экспериментально исследованы фотоприемные устройства импульсных ИК-сигналов на основе кремниевого p—i—n-фотодиода и операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен "искусственный" резистор, обладающий меньшей температурой шума, чем обычный резистор.
The photoreception devices (PRD) of pulse infrared signals are experimentally investigated. The PRD contains of siliicon p—i—n-photodiode and operational amplifier. The "artificial" resistor is included in a circuit of feedback operational amplifier and having smaller temperature of noise, than usual resistor.
ru
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Оптоэлектроника
Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
Research microelectronic photoreception of devices with the artificial resistor
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
spellingShingle Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
Корнейчук, В.И.
Рогалевич, О.А.
Оптоэлектроника
title_short Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
title_full Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
title_fullStr Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
title_full_unstemmed Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
title_sort исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором
author Корнейчук, В.И.
Рогалевич, О.А.
author_facet Корнейчук, В.И.
Рогалевич, О.А.
topic Оптоэлектроника
topic_facet Оптоэлектроника
publishDate 2003
language Russian
container_title Технология и конструирование в электронной аппаратуре
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
format Article
title_alt Research microelectronic photoreception of devices with the artificial resistor
description Экспериментально исследованы фотоприемные устройства импульсных ИК-сигналов на основе кремниевого p—i—n-фотодиода и операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен "искусственный" резистор, обладающий меньшей температурой шума, чем обычный резистор. The photoreception devices (PRD) of pulse infrared signals are experimentally investigated. The PRD contains of siliicon p—i—n-photodiode and operational amplifier. The "artificial" resistor is included in a circuit of feedback operational amplifier and having smaller temperature of noise, than usual resistor.
issn 2225-5818
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70616
citation_txt Исследование микроэлектронных фотоприемных устройств с искусственным резистором / В.И. Корнейчук, О.А. Рогалевич // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 2. — С. 54-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT korneičukvi issledovaniemikroélektronnyhfotopriemnyhustroistvsiskusstvennymrezistorom
AT rogalevičoa issledovaniemikroélektronnyhfotopriemnyhustroistvsiskusstvennymrezistorom
AT korneičukvi researchmicroelectronicphotoreceptionofdeviceswiththeartificialresistor
AT rogalevičoa researchmicroelectronicphotoreceptionofdeviceswiththeartificialresistor
first_indexed 2025-11-26T02:45:03Z
last_indexed 2025-11-26T02:45:03Z
_version_ 1850609082733428736
fulltext 54 ÎÏÒÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2 "Èñêóññòâåííûé" ðåçèñòîð â öåïè îá- ðàòíîé ñâÿçè ÔÏÓ ïîçâîëÿåò óëó÷øèòü îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì â ïîëîñå ïðîïóñ- êàíèÿ ≤ 10 êÃö. Îäíèì èç íàïðàâëåíèé óëó÷øåíèÿ øóìîâûõ ïî- êàçàòåëåé øèðîêîïîëîñíûõ ìèêðîýëåêòðîííûõ ôî- òîïðèåìíûõ óñòðîéñòâ (ÔÏÓ) ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå â öåïè îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè (ÎÑ) îïåðàöè- îííîãî óñèëèòåëÿ äâóõïîëþñíèêà, èìåþùåãî çàäàí- íîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå è ïîíèæåííóþ îòíîñè- òåëüíî îáû÷íîãî ðåçèñòîðà ýêâèâàëåíòíóþ øóìîâóþ òåìïåðàòóðó. Èäåÿ òàêèõ «õîëîäíûõ» äâóõïîëþñíè- êîâ âïåðâûå áûëà âûñêàçàíà â 1939 ã. [1] è ðåàëèçî- âàíà íà îñíîâå ýëåêòðîâàêóóìíûõ ëàìï. Ïîçæå áûëè ïðåäëîæåíû ñõåìîòåõíè÷åñêèå ðåàëèçàöèè òàêèõ äâóõ- ïîëþñíèêîâ, íàçâàííûõ èñêóññòâåííûìè (artificial) ðåçèñòîðàìè [2], íà òðàíçèñòîðàõ è îïåðàöèîííûõ óñè- ëèòåëÿõ.  [2] ïðåäëîæåíà ñõåìíàÿ ðåàëèçàöèÿ èñêóññòâåí- íîãî ðåçèñòîðà (ÈÐ), äàí àíàëèç åå ðàáîòû, âûâåäå- íû ñîîòíîøåíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì íà âûõîäå ÔÏÓ, èñïîëüçóþùåãî îáû÷íûé è èñêóñ- ñòâåííûé ðåçèñòîðû â öåïè ÎÑ.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíà ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà öåëåñîîáðàç- íîñòè èñïîëüçîâàíèÿ îäíîé èç âîçìîæíûõ ðåàëèçà- öèé ÈÐ â ñîñòàâå ÔÏÓ èìïóëüñíûõ îïòè÷åñêèõ ñèã- íàëîâ [3]. Èçâåñòíî, ÷òî äëÿ óëó÷øåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñ- òè ìèêðîýëåêòðîííîãî ÔÏÓ íåîáõîäèìî ïðè- ìåíÿòü â öåïè ÎÑ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (ÎÓ) àê- òèâíûé ðåçèñòîð áîëüøîãî íîìèíàëà [4, ñ. 203]. Îä- íàêî åñëè äëÿ óñèëèòåëÿ, ñëåäóþùåãî çà ôîòîäèî- äîì (ÔÄ), òðåáóåòñÿ ñîõðàíèòü çàäàííûé êîýôôèöèåíò ïðåîáðà- çîâàíèÿ "òîê�íàïðÿ- æåíèå", òî äëÿ îáåñïå- ÷åíèÿ âûñîêîãî çíà÷å- íèÿ îòíîøåíèÿ ñèãíàë/ øóì ëó÷øå èñïîëüçî- âàòü ÈÐ. Ïîñëåäíèé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óñèëèòåëü, íàïðèìåð, îïåðàöèîííûé, â öåïü ÎÑ êîòîðîãî âêëþ÷åí ðåçèñòîð áîëüøîãî íîìèíàëà R1, à íà âû- Ê. ò. í. Â. È. ÊÎÐÍÅÉ×ÓÊ, Î. À. ÐÎÃÀËÅÂÈ× Óêðàèíà, Îäåññêàÿ íàöèîíàëüíàÿ àêàäåìèÿ ñâÿçè èì. À. Ñ. Ïîïîâà E-mail: vols@usat.ukrtel.net ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÕ ÔÎÒÎÏÐÈÅÌÍÛÕ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂ Ñ ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÛÌ ÐÅÇÈÑÒÎÐÎÌ õîäå � äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ R2, R3 (ñì. ðèñ. 1, öåïè ïèòàíèÿ ÎÓ íå ïîêàçàíû). Òàêèì îáðàçîì, ÈÐ êàê äâóõïîëþñíèê èìååò íèçêîå ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâ- ëåíèå Rý, à ãåíåðèðóåìîå èì íàïðÿæåíèå øóìà îñòà- åòñÿ òàêèì æå, êàê è ó îáû÷íîãî ðåçèñòîðà â öåïè ÎÑ èñêóññòâåííîãî ðåçèñòîðà, ò. å. âûñîêèì. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÔÏÓ ñ ÈÐ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2 (öåïè ïèòàíèÿ ÎÓ1, ÎÓ2 è îáðàòíîãî ñìå- ùåíèÿ ÔÄ íå ïîêàçàíû). Àêòèâíîå ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå èñêóñ- ñòâåííîãî ðåçèñòîðà, âûïîëíåííîãî ïî ñõåìå ðèñ. 1, ðàâíî Rý=[Rç/(R2+R3)](R1+R2). Óäîáíî ââåñòè îòíîñèòåëüíûé øóìîâîé ïàðàìåòð m=R3/(R2+R3), ïðè÷åì m<<1. Ïîñêîëüêó íà ïðàêòèêå âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå R1>>R2>>R3, òî Rý=mR1≈R1R3/R2 è àêòèâíîå ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå ÈÐ ðàâíî ñîïðîòèâëåíèþ öåïè ÎÑ, äåëåííîìó íà êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ R2, R3. Ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ øóìà íà âûâîäàõ ÈÐ ,4 ý 2 èðø fmRkTu ∆= (1) Èç (1) ñëåäóåò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ÈÐ äàåò ýêâè- âàëåíòíîå ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû øóìà â 1/ò ðàç � Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 20. 03 2003 ã. Îïïîíåíò Ä. Ã. ÃÐÈÃÎÐÓÖÀ (ÖÊÁ "Ðèòì", ã. ×åðíîâöû) U0 R1 R2 R3 I0 ÎÓ Rý = U0/I0 Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èñ- êóññòâåííîãî ðåçèñòîðà íà îñ- íîâå ÎÓ ÎÓ2 ÎÓ1 ÔÄ R1 R2 R3 Âûõ ÈÐ Âõ Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÔÏÓ ñ èñêóññòâåííûì ðåçèñ- òîðîì â öåïè ÎÑ ãäå kT � ∆f � ïðîèçâåäåíèå ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà íà òåìïåðàòóðó ðåçèñòîðà; øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ÔÏÓ äëÿ øóìà. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2 55 ÎÏÒÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ý 2 èðø )(4 fRmTku ∆= . Òàêèì îáðàçîì, ÈÐ ñîçäàåò íà ñâîèõ âûâîäàõ íà- ïðÿæåíèå øóìà, êîòîðîå â m ðàç ìåíüøå, ÷åì íà- ïðÿæåíèå øóìà ó îáû÷íîãî ðåçèñòîðà òîãî æå íî- ìèíàëà. Ñðàâíèì çíà÷åíèå îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì (ÎÑØ) íà âûõîäå ÔÏÓ ñ îáû÷íûì è èñêóññòâåííûì ðåçèñ- òîðàìè â öåïè ÎÑ äëÿ ñëó÷àÿ ïðèåìà ìîäóëèðîâàí- íûõ ïî èíòåíñèâíîñòè (ìîùíîñòè) îïòè÷åñêèõ ñèã- íàëîâ. Ôîðìóëû ðàñ÷åòà ÎÑØ â ðåæèìå îãðàíè÷å- íèÿ òåïëîâûì øóìîì ðåçèñòîðà íàãðóçêè ÔÄ ñîîò- âåòñòâåííî èìåþò âèä: � äëÿ ôîòîäèîäà ñ òîêîâûì îòêëèêîì ρi (À/Âò), íàãðóæåííîãî ðåçèñòîðîì Rí [3] � ;8/4/)2/()ÎÑØ( í 2 cí 2 o 2 ø 2 ñ2 ôä fkTRIfkTRP I I i ∆=∆ρ== (2) � äëÿ ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà ñ îáû÷íûì ðå- çèñòîðîì Rîñ â öåïè ÎÑ � 2 ôäîñíîñ 2 îð )ÎÑØ)](/([)ÎÑØ( RRR += ; (3) � äëÿ ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà ñ èñêóññòâåí- íûì ðåçèñòîðîì â öåïè ÎÑ � =++= 2 îð2121 2 èð )ÎÑØ/()]/()[()ÎÑØ( RmRRR .)ÎÑØ/()]/()[( 2 ôä212 RmRR += (4)  ôîðìóëå (2) 2/o ic PI ρ= � àìïëèòóäíîå çíà÷å- íèå ïåðåìåííîé (ñèãíàëüíîé) ñîñòàâëÿþùåé ôîòîòî- êà, âûçâàííîãî ïðîìîäóëèðîâàííîé íà 100% îïòè- ÷åñêîé ìîùíîñòüþ Pî [5, ñ. 217], í 2 ø /4 RfkTI ∆= � òåïëîâîé øóì ðåçèñòîðà íàãðóçêè, À2. Èç ôîðìóëû (5) ñëåäóåò, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè ÈÐ â ÔÏÓ ÎÑØ íà åãî âûõîäå ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê çíà÷åíèþ, êîòîðîå îáåñïå÷èâàåò ñàì ÔÄ, íàãðóæåí- íûé ðåçèñòîðîì Rí (â ôîòîäèîäíîì ðåæèìå ðàáîòû), ò. å. ÎÑØèð→ÎÑØôä ïðè ò→0. Ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûõ è ñïåêòðàëüíûõ øóìî- âûõ õàðàêòåðèñòèê ñëåäóþùèõ ìàêåòîâ: ñîáñòâåííî ÈÐ (ðèñ. 1), ôîòîïðèåìíûõ óñòðîéñòâ ñ èñêóññòâåí- íûì (ðèñ. 2) è îáû÷íûì [3] ðåçèñòîðîì â öåïè ÎÑ. Äëèíà âîëíû îïòè÷åñêîé íåñóùåé 0,85 ìêì. Èñïîëü- çîâàëñÿ pin-ôîòîäèîä ìàðêè ÔÄ271 íà âõîäå óçêîïî- ëîñíîãî (Ê544ÓÄ1À) è øèðîêîïîëîñíîãî (Ê544ÓÄ2À) îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (ÎÓ1). Ýêâèâàëåíòíîå ñî- ïðîòèâëåíèå ÈÐ ñîñòàâëÿåò 1 ÌÎì. Àíàëèç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ äëÿ ÔÏÓ ñ ÈÐ ïîçâîëèë ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ÈÐ èìååò òå æå íåäî- ñòàòêè [3], ÷òî è ïðåîáðàçîâàòåëü "òîê�íàïðÿæåíèå" ñ ðåçèñòîðîì áîëüøîãî íîìèíàëà â öåïè ÎÑ � óçêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ è îáîãàùåíèå ñïåêòðà øóìîâ Â×- ñîñòàâëÿþùèìè âñëåäñòâèå âõîäíîé åìêîñòè ÎÓ1. Âû- èãðûø îò ïðèìåíåíèÿ ÈÐ â öåïè ÎÑ îùóòèì â îòíîñè- òåëüíî óçêîé ïîëîñå ÷àñòîò, êîòîðàÿ äëÿ ÔÏÓ ñ ÈÐ îïðåäåëÿåòñÿ íîìèíàëîì ðåçèñòîðà R1. Äëÿ îöåíêè ýôôåêòà óìåíüøåíèÿ óðîâíÿ øóìà ïðè èñïîëüçîâàíèè ÈÐ øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ìà- Ðèñ. 4. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëà (à) è ñìåñè ñèãíàëà è øóìà (á) íà âûõîäå ÔÏÓ ñ èñêóññòâåííûì ðåçèñòîðîì â öåïè ÎÑ a) á) Ðèñ. 3. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëà (à) è ñìåñè ñèãíàëà è øóìà (á) íà âûõîäå ÔÏÓ ñ îáû÷íûì ðåçèñòîðîì â öåïè ÎÑ á)a) êåòîâ ÔÏÓ îãðàíè÷èâàëàñü ÔÍ× òðåòüåãî ïîðÿäêà äî 6 êÃö. Îñöèëëîãðàììû ñìåñè íàïðÿæåíèé ñèãíàëà (ìåàíäð ñ ÷àñòîòîé ñëåäîâàíèÿ 2 êÃö) è øóìà íà âûõîäå ÔÏÓ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3 (â öåïè ÎÑ îáû÷- íûé ðåçèñòîð íîìèíàëîì 1 ÌÎì) è ðèñ. 4 (â öåïè ÎÑ èñêóññòâåííûé ðåçèñòîð, èìåþùèé Rý = 1 ÌÎì). Îñöèëëîãðàììû íàïðÿæåíèé íà ðèñ. 3, à è 4, à îòâå÷àþò ñèòóàöèè, êîãäà îáà óñòðîéñòâà îáðàáàòû- âàþò ñèãíàë áîëüøîé àìïëèòóäû, è ïîäòâåðæäàþò èäåíòè÷íîñòü îïòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê îáîèõ ìàêåòîâ ÔÏÓ. Ýïþðû íà ðèñ. 3, á è 4, á ñîîòâåòñòâóþò ñëó÷àþ îáðàáîòêè ìàêåòàìè ÔÏÓ îäíîãî è òîãî æå îïòè÷åñ- êîãî ñèãíàëà íèçêîãî óðîâíÿ, ñðàâíèìîãî ñ øóìà- ìè. Âèäíî, ÷òî ÔÏÓ ñ ÈÐ îáåñïå÷èâàåò áîëüøåå çíà- ÷åíèå ÎÑØ. Ïðè óêàçàííûõ óñëîâèÿõ èçìåðåíèé óâå- ëè÷åíèå çíà÷åíèÿ ÎÑØ ïî íàïðÿæåíèþ ñîñòàâèëî 2,1 ðàçà (6,5 äÁ). *** Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïîäòâåðäèëè òåîðåòè÷åñ- êèå ïðåäïîñûëêè [2, 3] è ïîêàçàëè, ÷òî èñïîëüçîâà- íèå èñêóññòâåííîãî ðåçèñòîðà â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ìèêðîýëåêòðîííîãî ôîòîïðèåìíîãî óñòðîéñòâà ïî- çâîëÿåò óëó÷øèòü çíà÷åíèå îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì òîëüêî â îòíîñèòåëüíî óçêîé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ � ∆f ≤ 10 êÃö. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Percival W. S. An electrically "ñold" resistance // Wireless Engineer.� 1939.� Vol. 16, May.� Ð. 237�240. 2. Forward R. L. Reducing noise in photoamplifier circuits with low noise artificial resistors // J. Appl. Phys.� 1982.� Vol. 52, N 5.� Ð. 3365�3371. 3. Êîðíåé÷óê Â. È., Ðîãàëåâè÷ Î. À., Çàÿö Ñ. À. Èññëåäîâàíèå ìèêðîýëåêòðîííûõ ôîòîïðèåìíûõ óñòðîéñòâ ñðåäíåñêîðîñòíûõ ÂÎÑÏ // Íàóêîâ³ ïðàö³ ÎÍÀÇ.� 2002.� ¹ 1.� Ñ. 56�62. 4. Êîðíåé÷óê Â. È., Ïàíôèëîâ È. Ï. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ïåðåäà÷è.� Îäåññà: Äðóê, 2001. 5. Êîðíåé÷óê Â. È., Ìàêàðîâ Ò. Â., Ïàíôèëîâ È. Ï. Îïòè÷åñ- êèå ñèñòåìû ïåðåäà÷è.� Ê.: Òåõí³êà, 1994.