光电二极管

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,光电二极管,目录,光电二极管的简介及基本原理,1,光电二极管的基本结构,2,光电二极管的特性,3,几种常见光电二极管,4,光电二极管简介,光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，具有单方向导电特性，是把光信号转换成电信号的光电传感器件,种类：,PN,结型光电二极管,PIN,结型光电二极管,雪崩光电二极管（,APD,）,发射键型光电二极管,PN结的形成,P,区,N,区,扩散运动,内电场,扩散运动,=,漂移运动时,达到,动态平衡,光电二极管的基本原理,反向偏置：势垒增强，少数载流子漂移难以形成足够电流，但在外加光场作用下可形成较强光电流！,光电效应,基本原理,光子在p区（A处）被吸收,一个空穴+一个电子。电子有可能扩散到耗尽层边界，并在电场作用下漂移至n区;,光子在n区（C处）被吸收,一个空穴+一个电子。空穴有可能扩散到,耗尽层,边界，并在电场作用下漂移至p区;,光子在耗尽层中（B处）被吸收,一个空穴+一个电子，在电场的作用下漂移，并分别到达p区和n区;,光电二极管的基本结构,硅光电二极管的两种典型结构，其中,(a),是采用,N,型单晶硅和扩散工艺，称为,p,n,结构。它的型号是,2CU,型。而,(b),是采用,P,型单晶硅和扩散工艺，称,n,p,结构。它的型号为,2DU,型。,2CU,型(a),2,D,U,型(b),基本结构,反型层成为,PN,结表面漏电流的通道，使通过负载,的,暗电流增大，从而会影响器件的探测极限,为了减小这种表面漏电流，采用的方法是在受光面的四周加上一个环极把受光面包围起来。在接电源时，使环极电势始终保持高于前极电势，给表面漏电流提供一条直接流入电源的通道。,光电二极管的基本特性,1.,光谱特性,2.,伏安特性,3.,噪声,特性,4.,温度特性,光谱特性,以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时，其电流灵敏度与波长的关系称为其光谱响应,，,不同材料的光谱响应范围不同,通常将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度,伏安特性,在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样。其电流方程为：,当光辐射作用到光电二极管上时，光电二极管的全电流方程为 ：,式中,I,0,为暗电流，,I,P,为光电流,伏安特性,由电流方程可以得到光电二极管在不同偏置电压下的输出特性曲线。,低反偏压下,由于反偏压增加使耗尽层加宽光电流随光电压变化非常敏感。,当反偏压进一步增加时,，光生载流子的收集已达极限，光电流就趋于饱和，特性曲线近似于乎直，而且在低照度部分比较均匀。,噪声特性,二极管工作时所吸收的光不仅有信号光，还有背景光。反偏PN结还存在暗电流，它会产生反偏噪声和热噪声，,散粒噪声是光电二极管的主要噪声,散粒噪声:,光电二极管的电流应包括暗电流,I,d,、信号电流,I,s,和背景辐射引起的背景光电流,I,b,，,因此散粒噪声为 :,PN结型光电二极管,当光子能量大于半导体的禁带宽度时，在,PN,结的耗尽区、,P,区和,N,区都将产生光生的电子,-,空穴对，这些由光照产生的自由电子和自由空穴称为光生载流子，反向电压作用下产生光电流。,应用：照度计、彩色传感器、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。,Light,PIN型光电二极管,由于,PN,结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收， 因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在,PN,结中间设置一层本征半导体,(,称为,I),，这种结构便是常用的,PIN,光电二极管,PIN,管结构,PN,管结构,P-Si,N-Si,I-Si,雪崩光电二极管,PIN,型光电二极管提高了,PN,结光电二极管的时间响应，但对器件的灵敏度没有多少改善。雪崩光电二极管是利用,PN,结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管，可以提高光电二极管的灵敏度,应用：高速光通信、高速光检测,APD,载流子雪崩式倍增示意图,Thank you！,