第6章半導(dǎo)體結(jié)型器件

1、第六章 半導(dǎo)體結(jié)型光電器件光電子技術(shù)教研室 光生伏特效應(yīng)是指：當(dāng)兩種半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)是指：當(dāng)兩種半導(dǎo)體材料或金屬或金屬/ /半導(dǎo)體相接觸形成勢(shì)壘，當(dāng)外界光照半導(dǎo)體相接觸形成勢(shì)壘，當(dāng)外界光照射時(shí)，激發(fā)光生載流子，注入到勢(shì)壘附近形射時(shí)，激發(fā)光生載流子，注入到勢(shì)壘附近形成光生電壓的現(xiàn)象。成光生電壓的現(xiàn)象。 利用光生伏特效應(yīng)制成的光電探測(cè)器叫利用光生伏特效應(yīng)制成的光電探測(cè)器叫做勢(shì)壘型光電探測(cè)器。勢(shì)壘型光電探測(cè)器是做勢(shì)壘型光電探測(cè)器。勢(shì)壘型光電探測(cè)器是對(duì)光照敏感的對(duì)光照敏感的“結(jié)結(jié)”構(gòu)成的，故也稱結(jié)型光構(gòu)成的，故也稱結(jié)型光電探測(cè)器。電探測(cè)器。 根據(jù)所用結(jié)的種類的不同，可分為根據(jù)所用結(jié)的種類的不同，

2、可分為PNPN結(jié)結(jié)型、型、PINPIN結(jié)型、異質(zhì)結(jié)型和肖特基勢(shì)壘型等。結(jié)型、異質(zhì)結(jié)型和肖特基勢(shì)壘型等。最常用的器件有光電池、光電二極管、最常用的器件有光電池、光電二極管、PINPIN管、管、雪崩光電二極管、光電三極管和光電場(chǎng)效應(yīng)雪崩光電二極管、光電三極管和光電場(chǎng)效應(yīng)管等。管等。結(jié)型光電探測(cè)器與光電導(dǎo)探測(cè)器相比較，主要結(jié)型光電探測(cè)器與光電導(dǎo)探測(cè)器相比較，主要區(qū)別在于：區(qū)別在于：1 1、產(chǎn)生光電變換的部位不同。、產(chǎn)生光電變換的部位不同。2 2、光電導(dǎo)型探測(cè)器沒(méi)有極性，工作時(shí)必須有、光電導(dǎo)型探測(cè)器沒(méi)有極性，工作時(shí)必須有外加電壓，而結(jié)型探測(cè)器有確定的正負(fù)極，外加電壓，而結(jié)型探測(cè)器有確定的正負(fù)極，不需要

3、外加電壓也可把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。不需要外加電壓也可把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。3 3、均質(zhì)型探測(cè)器的載流子馳豫時(shí)間比較長(zhǎng)，、均質(zhì)型探測(cè)器的載流子馳豫時(shí)間比較長(zhǎng)，響應(yīng)速度慢、頻率響應(yīng)特性差。而結(jié)型響應(yīng)速度慢、頻率響應(yīng)特性差。而結(jié)型探測(cè)器響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)特性好。探測(cè)器響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)特性好。4 4、雪崩式光電二極管和光電三極管還有很、雪崩式光電二極管和光電三極管還有很大的內(nèi)增益作用，不僅靈敏度高，還可大的內(nèi)增益作用，不僅靈敏度高，還可以通過(guò)較大的電流。以通過(guò)較大的電流。6-1 6-1 結(jié)型光電器件原理結(jié)型光電器件原理1 1、PNPN結(jié)光生伏特效應(yīng)結(jié)光生伏特效應(yīng) 離離PNPN結(jié)較近的由光產(chǎn)生的少數(shù)載

4、流子，結(jié)較近的由光產(chǎn)生的少數(shù)載流子，N N區(qū)中的空穴，區(qū)中的空穴，P P區(qū)中的電子，受到內(nèi)建電場(chǎng)的區(qū)中的電子，受到內(nèi)建電場(chǎng)的分離，電子移向分離，電子移向N N區(qū)，空穴移向區(qū)，空穴移向P P區(qū)，區(qū)，PNPN結(jié)區(qū)結(jié)區(qū)的光生電子的光生電子- -空穴對(duì)被空穴對(duì)被PNPN結(jié)勢(shì)壘區(qū)較強(qiáng)的內(nèi)建結(jié)勢(shì)壘區(qū)較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)分離，空穴被移向電場(chǎng)分離，空穴被移向P P區(qū)，電子被移向區(qū)，電子被移向N N區(qū)。區(qū)。 結(jié)果在結(jié)果在N N區(qū)將積累電子，區(qū)將積累電子，P P區(qū)將積累區(qū)將積累空穴，產(chǎn)生了一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反空穴，產(chǎn)生了一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，于是在的光生電場(chǎng)，于是在P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)之間造成區(qū)之間造成

5、光生電勢(shì)差；如果光照保持不變，積累光生電勢(shì)差；如果光照保持不變，積累過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而給出一個(gè)過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而給出一個(gè)與光照度相應(yīng)的穩(wěn)定的電勢(shì)差，稱為光與光照度相應(yīng)的穩(wěn)定的電勢(shì)差，稱為光生電動(dòng)勢(shì)，光強(qiáng)越強(qiáng)，光生電動(dòng)勢(shì)也就生電動(dòng)勢(shì)，光強(qiáng)越強(qiáng)，光生電動(dòng)勢(shì)也就越大。越大。 2 2、工作模式、工作模式 結(jié)型光電器件在有光照條件下，從理論結(jié)型光電器件在有光照條件下，從理論上說(shuō)，可使用于上說(shuō)，可使用于正偏置、零偏置和反偏置正偏置、零偏置和反偏置。但理論和實(shí)踐證明，當(dāng)使用于正偏置時(shí)，呈但理論和實(shí)踐證明，當(dāng)使用于正偏置時(shí)，呈現(xiàn)單向?qū)щ娦袁F(xiàn)單向?qū)щ娦? (和普通二極管一樣和普通二極管一樣) )

6、，沒(méi)有光，沒(méi)有光電效應(yīng)產(chǎn)生，只有在反偏置或零偏置時(shí)，才電效應(yīng)產(chǎn)生，只有在反偏置或零偏置時(shí)，才產(chǎn)生明顯的光電效應(yīng)。產(chǎn)生明顯的光電效應(yīng)。 如果工作在零偏置的開(kāi)路狀態(tài)，如果工作在零偏置的開(kāi)路狀態(tài)，pnpn結(jié)型光電器件產(chǎn)生光生伏持效應(yīng)，這種結(jié)型光電器件產(chǎn)生光生伏持效應(yīng)，這種工作原理稱為工作原理稱為光伏工作模式光伏工作模式。 如果工作在反偏置狀態(tài)，無(wú)光照時(shí)如果工作在反偏置狀態(tài)，無(wú)光照時(shí)電阻很大，電流很?。挥泄庹諘r(shí)，電阻電阻很大，電流很?。挥泄庹諘r(shí)，電阻變小，就變大，而且流過(guò)它的光電流隨變小，就變大，而且流過(guò)它的光電流隨照度變化而變化。照度變化而變化。 從外表上看，與光敏電阻一樣，同樣也具有光電從外表上看

7、，與光敏電阻一樣，同樣也具有光電導(dǎo)工作模式，但它們的工作機(jī)理不同，所以在特性導(dǎo)工作模式，但它們的工作機(jī)理不同，所以在特性上有較大差別。因此，結(jié)型光電器件用作探測(cè)器時(shí)，上有較大差別。因此，結(jié)型光電器件用作探測(cè)器時(shí)，可選用兩種工作模式中的一種，即工作在反偏置的可選用兩種工作模式中的一種，即工作在反偏置的光電導(dǎo)下作模式或零偏置的光作模式。光電導(dǎo)下作模式或零偏置的光作模式。3 3、光照下、光照下pnpn結(jié)電流結(jié)電流 有光照時(shí)，有光照時(shí)，pnpn結(jié)外電路接上負(fù)載電阻結(jié)外電路接上負(fù)載電阻RLRL，此時(shí)在此時(shí)在pnpn結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種方向相反的電流：結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種方向相反的電流： 一種是光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，在

8、內(nèi)一種是光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，形成的光生電流建電場(chǎng)作用下，形成的光生電流IpIp，它與光照，它與光照有關(guān)，其方向與有關(guān)，其方向與pnpn結(jié)反向飽和電流結(jié)反向飽和電流I I0 0相同；相同； 另一種是光生電流另一種是光生電流Ip Ip 流過(guò)負(fù)載電阻流過(guò)負(fù)載電阻RLRL產(chǎn)生產(chǎn)生電壓降，相當(dāng)于在電壓降，相當(dāng)于在pnpn結(jié)施加正向偏置電壓，從結(jié)施加正向偏置電壓，從而產(chǎn)生正向電流入，總電流是兩者之差。而產(chǎn)生正向電流入，總電流是兩者之差。6-2 光電池 光電池是直接把光變成電的光電器件，由于光電池是直接把光變成電的光電器件，由于它是利用各種勢(shì)壘的光生伏特效應(yīng)制成的，故稱它是利用各種勢(shì)壘

9、的光生伏特效應(yīng)制成的，故稱為光生伏特電池，簡(jiǎn)稱光電池。光電池是一種不為光生伏特電池，簡(jiǎn)稱光電池。光電池是一種不需加偏壓的能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的需加偏壓的能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的pnpn結(jié)光電結(jié)光電器件器件. .按用途分：按用途分：太陽(yáng)能光電池、測(cè)量光電池太陽(yáng)能光電池、測(cè)量光電池按材料分：按材料分：硅光電池、鍺光電池、硒光電池、硫化硅光電池、鍺光電池、硒光電池、硫化鎘光電池、砷化鎵光電池鎘光電池、砷化鎵光電池其中最受重視的是其中最受重視的是硅光電池、硒光電池硅光電池、硒光電池。太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池。太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池。 太陽(yáng)能光電池主要用作電源，對(duì)它的要求是轉(zhuǎn)太陽(yáng)能光電池主要用作電源

10、，對(duì)它的要求是轉(zhuǎn)換效率高、成本低，由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、換效率高、成本低，由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)、在空間能直接利用太重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)、在空間能直接利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的特點(diǎn)，因而不僅成為航天工業(yè)上陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的特點(diǎn)，因而不僅成為航天工業(yè)上的重要電源，還被廣泛地應(yīng)用于供電因難的場(chǎng)所和的重要電源，還被廣泛地應(yīng)用于供電因難的場(chǎng)所和人們的日常生活中。人們的日常生活中。 測(cè)量光電池的主要功能是作為光電探測(cè)用，即測(cè)量光電池的主要功能是作為光電探測(cè)用，即在不加偏置的情況下將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)它在不加偏置的情況下將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)它的要求是線性范圍寬、靈

11、敏度高、光譜響應(yīng)合適、的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應(yīng)合適、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，被廣泛地應(yīng)用在光度、色度、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，被廣泛地應(yīng)用在光度、色度、光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試中。光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試中。 太陽(yáng)能光電池主要用作電源，對(duì)它的要太陽(yáng)能光電池主要用作電源，對(duì)它的要求是求是轉(zhuǎn)換效率高、成本低轉(zhuǎn)換效率高、成本低。 硅材料研究得最充分，硅光電池具有硅材料研究得最充分，硅光電池具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、光一系列的優(yōu)點(diǎn)，如性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、光譜響應(yīng)范圍寬，頻率特性好，能耐高溫。譜響應(yīng)范圍寬，頻率特性好，能耐高溫。 硒光電池其光譜響應(yīng)曲線與人眼的光視硒光電池其光譜響應(yīng)曲線與人眼的光視效率曲

12、線相似，且價(jià)格比硅光池便宜。很效率曲線相似，且價(jià)格比硅光池便宜。很適合作光度測(cè)量的探測(cè)器，但由于穩(wěn)定性適合作光度測(cè)量的探測(cè)器，但由于穩(wěn)定性很差。目前已被硅光電池所代替，砷化缽很差。目前已被硅光電池所代替，砷化缽光電池光電池 砷化鎵光電池具有量子效率高、噪聲砷化鎵光電池具有量子效率高、噪聲小、光譜響應(yīng)在紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)等優(yōu)小、光譜響應(yīng)在紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，適用于光度儀器。點(diǎn)，適用于光度儀器。 鍺光電池由于長(zhǎng)波響應(yīng)寬，適合作近鍺光電池由于長(zhǎng)波響應(yīng)寬，適合作近紅外探測(cè)器。紅外探測(cè)器。 硅光電池屬硅光電池屬PNPN結(jié)型，按基底材料可分為結(jié)型，按基底材料可分為2DR2DR型和型和2CR2CR型型。

13、2DR2DR型是以型是以P P型硅為基底，在基底上擴(kuò)散型硅為基底，在基底上擴(kuò)散磷磷便形成便形成N N型薄層受光面，構(gòu)成型薄層受光面，構(gòu)成PNPN結(jié)（結(jié)（2CR2CR型是型是以以N N型硅為基底，在基底上擴(kuò)散型硅為基底，在基底上擴(kuò)散硼硼便形成便形成P P型型薄層受光面，構(gòu)成薄層受光面，構(gòu)成PNPN結(jié)），再經(jīng)各種工藝處結(jié)），再經(jīng)各種工藝處理，引出電極，受光表面上涂理，引出電極，受光表面上涂保護(hù)膜保護(hù)膜，減小減小反射損失，增加對(duì)入射光的吸收，同時(shí)又可反射損失，增加對(duì)入射光的吸收，同時(shí)又可以防潮以防潮，防腐蝕如鍍，防腐蝕如鍍SiOSiO2 2，MgFMgF2 2。這樣便形。這樣便形成上電極，一般多做成

14、成上電極，一般多做成柵指狀柵指狀，其，其目的目的是便是便于透光和減小串聯(lián)電阻。于透光和減小串聯(lián)電阻。 + 正極 光電池 N P 電極 柵狀 上電極 前極 SiO2保護(hù)膜 N-Si P-Si P N 下電極 Al 后極 2DR 2CR 下電極 P-Si N-Si 上電極 保護(hù)膜 符 號(hào) 聯(lián) 結(jié) 電 路 等 效 電 路 I RL P N Ip Ij I u 用 一 個(gè) 電 流 源 與 二 極 管 并 聯(lián) 硅光電二極管硅光電二極管 硅光電二極管和光電池一樣，都是基于硅光電二極管和光電池一樣，都是基于pnpn結(jié)的光電結(jié)的光電效應(yīng)而工作的，它主要用于可見(jiàn)光及紅外光譜區(qū)。效應(yīng)而工作的，它主要用于可見(jiàn)光及紅

15、外光譜區(qū)。 硅光電二極管通常在反偏置條件下工作，即光硅光電二極管通常在反偏置條件下工作，即光電導(dǎo)工作模式。這樣可以減小光生載流子渡越時(shí)間電導(dǎo)工作模式。這樣可以減小光生載流子渡越時(shí)間及結(jié)電容，可獲得較寬的線性輸出和較高的響應(yīng)頻及結(jié)電容，可獲得較寬的線性輸出和較高的響應(yīng)頻率，適用于測(cè)量甚高坡調(diào)制的光信號(hào)。率，適用于測(cè)量甚高坡調(diào)制的光信號(hào)。 硅光電二極管也可用在零偏置狀態(tài)，即光伏工硅光電二極管也可用在零偏置狀態(tài)，即光伏工作模式，這種工作模式突出優(yōu)點(diǎn)是暗電流等于零。作模式，這種工作模式突出優(yōu)點(diǎn)是暗電流等于零。后繼線路采用電流電壓變換電路，線性區(qū)范圍擴(kuò)大，后繼線路采用電流電壓變換電路，線性區(qū)范圍擴(kuò)大，得

16、到廣泛應(yīng)用。得到廣泛應(yīng)用。硅光電二極管在結(jié)構(gòu)上和原理上與硅光電池也相似。硅光電二極管在結(jié)構(gòu)上和原理上與硅光電池也相似。但是它與光電池比較，略有不同：但是它與光電池比較，略有不同：就制作襯底材料的摻雜濃度而言，光電池較高。就制作襯底材料的摻雜濃度而言，光電池較高。光電他的電阻率低。光電他的電阻率低。光電池在零偏置下工作，而硅光電二極管通常在反光電池在零偏置下工作，而硅光電二極管通常在反向偏置下工作向偏置下工作一般說(shuō)來(lái)光電池的光敏面面積都比硅光電二極管的一般說(shuō)來(lái)光電池的光敏面面積都比硅光電二極管的光敏面大得多。光敏面大得多。 硅光電二極管常是在反偏的光電導(dǎo)工作模式。硅光電二極管常是在反偏的光電導(dǎo)工

17、作模式。 硅光電二極管在硅光電二極管在無(wú)光照條件無(wú)光照條件下：若給下：若給p pn n結(jié)加一個(gè)適當(dāng)?shù)姆聪螂妷?，則反向電壓加強(qiáng)結(jié)加一個(gè)適當(dāng)?shù)姆聪螂妷?，則反向電壓加強(qiáng)了內(nèi)建電場(chǎng)。使了內(nèi)建電場(chǎng)。使p pn n結(jié)空間電荷區(qū)拉寬。勢(shì)結(jié)空間電荷區(qū)拉寬。勢(shì)壘增大，流過(guò)壘增大，流過(guò)p pn n結(jié)的電流結(jié)的電流( (稱反向飽和電流稱反向飽和電流或暗電流或暗電流) )很小，它很小，它( (反向電流反向電流) )是由少數(shù)載流是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。 當(dāng)硅光電二極管被當(dāng)硅光電二極管被光照光照時(shí)，滿足條件時(shí)，滿足條件hvEghvEg時(shí)，則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被時(shí)，則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子

18、將被內(nèi)建電場(chǎng)拉開(kāi)，光生電子被拉向內(nèi)建電場(chǎng)拉開(kāi)，光生電子被拉向n n區(qū)，光生區(qū)，光生空穴被拉向空穴被拉向p p區(qū)，于是在外加電場(chǎng)的作用下區(qū)，于是在外加電場(chǎng)的作用下形成了以少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)為主的光電流。形成了以少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)為主的光電流。顯然，光電流比無(wú)光照時(shí)的反向飽和電流大顯然，光電流比無(wú)光照時(shí)的反向飽和電流大得多，如果光照越強(qiáng)，表示在同樣條件下產(chǎn)得多，如果光照越強(qiáng)，表示在同樣條件下產(chǎn)生的光生載流子越多，光電流就越大，反之，生的光生載流子越多，光電流就越大，反之，則光電流越小。則光電流越小。1 1PNPN結(jié)型硅光電二極管的結(jié)構(gòu)結(jié)型硅光電二極管的結(jié)構(gòu) 根據(jù)襯底材料不同分為根據(jù)襯底材料不同分為

19、2DU2DU和和2CU2CU型兩種。型兩種。 2DU2DU型硅光電二極管是以輕摻雜、高阻值的型硅光電二極管是以輕摻雜、高阻值的p p型硅材料做基底，在型硅材料做基底，在p p型基底上擴(kuò)五價(jià)元素磷，型基底上擴(kuò)五價(jià)元素磷，形成至摻雜形成至摻雜n n型層。型層。2DU2DU光電二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)光電二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào) 環(huán)極：環(huán)極：SiOSiO2 2層中不可避免地沾污一些少量層中不可避免地沾污一些少量雜質(zhì)正離子，這些正離子對(duì)其下面的半導(dǎo)體雜質(zhì)正離子，這些正離子對(duì)其下面的半導(dǎo)體將產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在將產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在SiOSiO2 2膜下面將感應(yīng)出一膜下面將感應(yīng)出一些負(fù)電荷，在些負(fù)電荷，在P P型型SiSi

20、襯底表面產(chǎn)生一個(gè)電子襯底表面產(chǎn)生一個(gè)電子層，它與原來(lái)半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反，因?qū)?，它與原來(lái)半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反，因此叫做反型層。此叫做反型層。 為了降低這部分噪聲，就不能讓為了降低這部分噪聲，就不能讓SiOSiO2 2中少量正中少量正離子靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的表面漏電流經(jīng)過(guò)外電離子靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的表面漏電流經(jīng)過(guò)外電路的負(fù)載。目前，一般采用在路的負(fù)載。目前，一般采用在P-SiP-Si擴(kuò)磷形成擴(kuò)磷形成N+N+層時(shí)，同時(shí)擴(kuò)層環(huán)形層時(shí)，同時(shí)擴(kuò)層環(huán)形N+N+層，把原來(lái)的層，把原來(lái)的N+N+層層環(huán)繞起來(lái)，單獨(dú)引出一個(gè)電極，稱為環(huán)極。環(huán)繞起來(lái)，單獨(dú)引出一個(gè)電極，稱為環(huán)極。 2CU 2CU型光電二極管是利用型光電

21、二極管是利用N N型硅材料作襯型硅材料作襯底，在表面擴(kuò)底，在表面擴(kuò)B B元素形成重?fù)诫s元素形成重?fù)诫sP+P+型，型，P+P+型層型層與與N N型型SiSi相接觸形成相接觸形成PNPN結(jié)，引出電極，涂上結(jié)，引出電極，涂上SiO2SiO2保護(hù)膜，加上反向偏壓，在光照作用下保護(hù)膜，加上反向偏壓，在光照作用下便有光電流流過(guò)負(fù)載。便有光電流流過(guò)負(fù)載。 由于由于N-SiN-Si中為襯底，電子是中為襯底，電子是N N型型SiSi中的中的多數(shù)載流子，表面有大濃度的電子。多數(shù)載流子，表面有大濃度的電子。SiO2SiO2中中少數(shù)正離子的靜電感應(yīng)不會(huì)在少數(shù)正離子的靜電感應(yīng)不會(huì)在N-SiN-Si表面產(chǎn)生表面產(chǎn)生電子層

22、。因此，也沒(méi)有少數(shù)漏電流的問(wèn)題，電子層。因此，也沒(méi)有少數(shù)漏電流的問(wèn)題，故故2CU2CU光電二極管只有兩個(gè)引出線。光電二極管只有兩個(gè)引出線。2CU2CU型光電二極管和電路型光電二極管和電路PINPIN光電二極管光電二極管 PINPIN光電二極管固有較厚的光電二極管固有較厚的i i層，因此層，因此pnpn結(jié)的內(nèi)結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于電場(chǎng)就基本上全集中于i i層中。使層中。使pnpn結(jié)的結(jié)間距離結(jié)的結(jié)間距離拉大，結(jié)電容變小。由于工作在反偏，隨著反伯電拉大，結(jié)電容變小。由于工作在反偏，隨著反伯電壓的增大，結(jié)電容變得更小，從而提高了壓的增大，結(jié)電容變得更小，從而提高了PINPIN光電光電二極管的頻率

23、響應(yīng)。二極管的頻率響應(yīng)。 由于由于i i層較厚，又工作在反偏，使結(jié)區(qū)耗盡層厚層較厚，又工作在反偏，使結(jié)區(qū)耗盡層厚度增加，提高了對(duì)光的吸收和光電變換區(qū)域，使量度增加，提高了對(duì)光的吸收和光電變換區(qū)域，使量子效率提高。子效率提高。第八章第八章 電荷耦合成像器件電荷耦合成像器件 固體成象器件就不需要在真空玻璃殼固體成象器件就不需要在真空玻璃殼內(nèi)用靶來(lái)完成光學(xué)圖象的轉(zhuǎn)換及電子束按內(nèi)用靶來(lái)完成光學(xué)圖象的轉(zhuǎn)換及電子束按順序進(jìn)行掃描就能獲得視頻信號(hào)，即器件順序進(jìn)行掃描就能獲得視頻信號(hào)，即器件本身就能完成光學(xué)圖象轉(zhuǎn)換、信息存貯和本身就能完成光學(xué)圖象轉(zhuǎn)換、信息存貯和按順序輸出（稱自掃描）視頻信號(hào)的全過(guò)按順序輸出（

24、稱自掃描）視頻信號(hào)的全過(guò)程。程。 1970 1970年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的貝埃爾（年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的貝埃爾（BoyleBoyle）和史密）和史密斯（斯（SmithSmith）提出來(lái)的一種）提出來(lái)的一種MOSMOS結(jié)構(gòu)的新型器件電結(jié)構(gòu)的新型器件電荷耦合器件（荷耦合器件（CCDCCD：charge couple Devicecharge couple Device）。）。 CCDCCD有兩種基本類型：一種是電荷包存貯在半導(dǎo)有兩種基本類型：一種是電荷包存貯在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為稱為表面溝道電荷耦合器件表面溝道電荷耦合器件( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)

25、稱SCCD)SCCD)；另一種是；另一種是電荷包存貯在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在電荷包存貯在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類稱為半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類稱為體內(nèi)溝道或埋體內(nèi)溝道或埋溝道電荷耦合器件溝道電荷耦合器件( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BCCD)BCCD)。 一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)電荷耦合器件簡(jiǎn)稱電荷耦合器件簡(jiǎn)稱CCDCCD，從結(jié)構(gòu)上講，它是由許，從結(jié)構(gòu)上講，它是由許多小多小MOSMOS電容組成。電容組成。MOSMOS電容即金屬（電容即金屬（MetalMetal）- -氧化物氧化物(Oxidation)-(Oxidation)-半導(dǎo)體半導(dǎo)體(Seminconductor)

26、(Seminconductor)構(gòu)成的電容器，常構(gòu)成的電容器，常稱為稱為MOSMOS電容，或電容，或MOSMOS結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。（a a）MOSMOS電容器；（電容器；（b b）一般電容器）一般電容器 二、電荷耦合原理二、電荷耦合原理CCDCCD工作在深耗盡區(qū)，可以用電注入或光注入工作在深耗盡區(qū)，可以用電注入或光注入的方法向勢(shì)阱注入電荷，以獲得自由電子或的方法向勢(shì)阱注入電荷，以獲得自由電子或自由空穴，此勢(shì)阱中所包含的自由電荷通常自由空穴，此勢(shì)阱中所包含的自由電荷通常稱為電荷包。在提取信號(hào)時(shí)，需要將電荷包稱為電荷包。在提取信號(hào)時(shí)，需要將電荷包有規(guī)則地傳送出去，這一過(guò)程叫做有規(guī)則地傳送出去，這一過(guò)程叫

27、做CCDCCD的電的電荷轉(zhuǎn)移，它是靠各個(gè)荷轉(zhuǎn)移，它是靠各個(gè)MOSMOS的柵極在時(shí)鐘電壓的柵極在時(shí)鐘電壓作用下，以電荷耦合方式實(shí)現(xiàn)的。作用下，以電荷耦合方式實(shí)現(xiàn)的。外加在柵極上的電壓愈高，表面勢(shì)越高勢(shì)阱越深，若外加電壓一定，勢(shì)阱深度隨勢(shì)阱中電荷量的增加而線性下降。n 從上面分析可知，從上面分析可知，CCDCCD中電荷的存儲(chǔ)和傳輸中電荷的存儲(chǔ)和傳輸是通過(guò)各電極上加不同的電壓實(shí)現(xiàn)的。電極是通過(guò)各電極上加不同的電壓實(shí)現(xiàn)的。電極的結(jié)構(gòu)如按所加脈沖電壓相數(shù)來(lái)分，則可分的結(jié)構(gòu)如按所加脈沖電壓相數(shù)來(lái)分，則可分為二相、三相、四相電極結(jié)構(gòu)形式。為二相、三相、四相電極結(jié)構(gòu)形式。電荷耦合成像器件電荷耦合成像器件 n 電荷耦合器件的一個(gè)重要應(yīng)用是作為攝象器件，電荷耦合器件的一個(gè)重要應(yīng)用是作為攝象器件，電荷耦合攝象器件可分為一維電荷耦合攝象器件可分為一維( (線陣線陣) )的和二維的和二維( (面陣面陣) )兩種，它們的功能都能把二維光學(xué)圖象信兩種，它們的功能都能把二維光學(xué)圖象信號(hào)轉(zhuǎn)變成一維視頻信號(hào)輸出。它們的原理是：號(hào)轉(zhuǎn)變成一維視頻信號(hào)輸出。它們的原理是：n 首先用光學(xué)成像系統(tǒng)首先用光學(xué)成像系統(tǒng)( (光學(xué)鏡頭光學(xué)鏡頭) )將被攝的景將被攝的景物圖象成象在物圖