光敏二極管課件VIP

一．結(jié)構(gòu)和工作原理

光敏二極管是一種用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電信息轉(zhuǎn)換器件。其PN結(jié)裝在管子的頂部，以便接收光照。其上面有一個(gè)透鏡制成的窗口，以便使光線集中在敏感面，光敏二極管的外形結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。上一節(jié)

光敏二極管工作時(shí)一般加反相偏壓，如圖（b）所示，無光照時(shí)，處于反偏的光敏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在方向偏壓的作用下，渡越阻擋層，形成微小的方向電流，即暗電流。當(dāng)光敏二極管受光照時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，在外加電場和內(nèi)電場的共同作用下，P區(qū)的電子渡越阻擋層進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的空穴進(jìn)入P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的方向電流大大增加，這就形成了光電流。二．特性

1.光照特性2.光譜特性3.伏安特性4.頻率特性5.溫度特性6.暗電流

三．電路

圖3.1.4－3是光敏二極管的輸出電路和等效電路。圖（a）和圖(b)的差別是輸出電壓U是反向的。因?yàn)閕φ=sφ,由圖(c)可知，

uL=iφRL=sφRL

上式中，為了得到較大的輸出電壓uL，除串接較大的R外，后級電路的輸入阻抗應(yīng)盡可能大些。在圖3.1.4－3（c）中，Cj是結(jié)電容，一般較小，故在中頻內(nèi)可忽略，但在高頻時(shí)不能忽略，Cj直接影響光敏二極管的高頻特性。以下是光敏二極管的上限頻率：四．PIN管電場主要分布在耗盡區(qū)內(nèi)，耗盡區(qū)的電場足以使載流子的漂移速度達(dá)到極限值。在擴(kuò)散區(qū)，由于場的分布趨于零，所以運(yùn)動速度很慢。這樣，就影響了光電檢測器響應(yīng)速度的提高。因此為了保證光電檢測器有快的響應(yīng)速度和高的效率，應(yīng)當(dāng)設(shè)法盡量減小零電場P區(qū)和N區(qū)的厚度而增加耗盡區(qū)的厚度，并且還應(yīng)盡量避免光生電子一空穴對在零電場區(qū)里產(chǎn)生，工藝上采取以下措施：減少負(fù)載電阻RL，可使上限頻率fH提高將N層做成輕摻雜，使耗盡區(qū)變寬或變厚。這種摻雜很輕的N層,稱作本征I層；另外，為了制成低電阻的接觸，在I層的兩端再做成重?fù)诫s的P層和N層，并且它們的寬度很窄，或厚度很薄。這樣，便構(gòu)成了PIN型的光敏二極管。

這種管子的最大特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一特點(diǎn)是線性輸出范圍寬。缺點(diǎn)是由于I層很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。

五．APD

APD是利用雪崩倍增效應(yīng)使光生電流達(dá)到很高的數(shù)值，電流增益可達(dá)106。因此，雪崩光電二極管是靈敏度很高的光電信息轉(zhuǎn)換器件。

影響雪崩光敏二極管工作的因素有：

(a)雪崩過程伴有一定的噪聲，并受溫度的影響較大；

(b)由于材料本身(特別是表面部分)具有一定的缺陷，使PN結(jié)的各區(qū)域電場分布不均勻，局部的高電場區(qū)首先發(fā)生擊穿，使漏電流變大，這相當(dāng)于增強(qiáng)了噪聲。為避免這一情況發(fā)生，在選擇材料和工藝上應(yīng)加以注意。

雪崩光敏二極管的工作偏壓必須適當(dāng)。過小時(shí)，增益太?。贿^大時(shí)，噪聲大，而且電壓過高可能使管子被擊穿燒毀。由于擊穿電壓會隨溫度漂移，必須根據(jù)環(huán)境溫度變化相應(yīng)調(diào)整工作電壓。六．光敏二極管陣列

光敏二極管陣列是將光敏二極管以線列或面陣形式集合在一起，用來同時(shí)探測被測物體各部位提供的不同光信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換為電信號的器件。光敏三極管陣列與其類似。

與光敏二極管陣列類似，還有象限探測器。象限探測器有二象限和四象限探測器，又分光電二極管象限探測器和硅光電池象限探測器。象限探測器是在同一塊芯片上制成兩或四個(gè)探測器，中間有溝道將它們隔開，因而這兩或四個(gè)