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)2DU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I0为暗电流，IP为光电流10kTqUeII))/exp(1(0kTqUIIIp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Id、信号电流Is和背景辐射引起的背景光电流Ib，•因此散粒噪声为:fqII22nsf)(2bSd2nsIIIqIPN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。LightPIN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-SiN-SiI-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＋－I0NPP(N)光