《光電二極管》 (2)ppt課件

1、 或 光 輸 入 - + UR 輸 出 a b 光電二極管外形、符號與光電特性的丈量電路 典型的硅光電二極 管光譜呼應(yīng)長波限為 1.1m左右，短波限 接近0.4m，峰值呼 應(yīng)波長為0.9m左右。 有光有光 光電接納二極管光電接納二極管 反偏形狀反偏形狀 光電流恒流光電流恒流 光電流與照度線性關(guān)光電流與照度線性關(guān) 系系 無光無光 暗電流暗電流 普通二極管任務(wù)在正向電壓大于普通二極管任務(wù)在正向電壓大于0.7V的情況下，而光電的情況下，而光電 二極管那么必需任務(wù)在二極管那么必需任務(wù)在0.7V以下以下 在光電技術(shù)中常采用 重新定義電流與電壓正方 向的方法把特性曲線旋轉(zhuǎn) 成如圖3-4所示。重新定 義的電

2、流與電壓的正方向 與PN結(jié)內(nèi)建電場的方向一 樣。 22 (216) 1 1 (217) 1 1 (218) 1 pLp L Lj j L p L Lj Lp IR I U jw R C jw C R I I jw R C II pL II 2 1 光電二極管的噪聲包含：低頻噪聲Inf、散粒噪聲Ins 和熱噪聲InT等3種噪聲。其中，散粒噪聲是光電二極管 的主要噪聲，低頻噪聲和熱噪聲為其次要要素。 散粒噪聲是由于電流在半導(dǎo)體內(nèi)的散粒效應(yīng)引起的， 它與電流的關(guān)系 2 ns 2(220)IeI f 光電二極管的電流應(yīng)包括暗電流Id、信號電流Is和背 景輻射引起的背景光電流Ib，因此散粒噪聲應(yīng)為 2

3、nsdSb 2 () fIq III 根據(jù)電流方程，并思索反向偏置情況，光電二極 管電流與入射輻射的關(guān)系 ，得到 2 2 sb nsd 2() 2 hc q IfqIf 再思索負(fù)載電阻RL的熱噪聲： 2 2 sb nd L 2()4 2 hc qKT f IfqIf R 目前，用來制造PN結(jié)型光電二極管的半導(dǎo)體資料 主要有硅、鍺、硒和砷化鎵等，用不同資料制造的光 電二極管具有不同的特性。 L 4 221 KT f R PIN硅光電二極管 雪崩二極管 1). 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 圖a在P型硅基片上分散雜質(zhì)濃度大的N+層，制成P型N構(gòu)造； 圖b)在N型硅基片上分散雜質(zhì)濃度大的P+層，制成N型P構(gòu)造的雪崩

4、光電二極管； 圖(C) PIN型雪崩光電二極管。 由于PIN型光電二極管在較高的反向偏置電 壓的作用下耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)PN結(jié)結(jié)區(qū)，構(gòu) 本錢身維護(hù)具有很強(qiáng)的抗擊穿功能，因 此， PIN型雪崩光電二極管不用設(shè)置維護(hù)環(huán)。 市場上的型雪崩光電二極管根本上 都是PIN型雪崩光電二極管。 雪崩光電二極管為具有內(nèi)增益的一種光生伏特器件。 它利用光生載流子在強(qiáng)電場內(nèi)的定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的雪崩 效應(yīng)獲得光電流的增益。 電離產(chǎn)生的載流子數(shù)遠(yuǎn)大于光激發(fā)產(chǎn)生的光生載流子 數(shù)，這時(shí)雪崩光電二極管的輸出電流迅速添加，其電流 倍增系數(shù)M定義為 0 1 225 1 ( /)n B I M Iu u 式中，I為倍增輸出的電流，I0

5、為倍增前輸出的電流。 雪崩倍增系數(shù)M與碰撞電離率有親密的關(guān)系。碰撞電離 率表示一個(gè)載流子在電場作用下，漂移單位間隔所產(chǎn)生的 電子空穴對數(shù)目。實(shí)踐上電子電離率n和空穴電離率p 是不完全一樣的，它們都與電場強(qiáng)度有親密關(guān)系。由實(shí)驗(yàn) 確定，電離率與電場強(qiáng)度E可以近似的寫成以下關(guān)系 m b -() E Ae 式中,A、b、m都為與資料有關(guān)系數(shù)。 假定=時(shí)，可以推導(dǎo)出倍增系數(shù)與電離率的關(guān)系為 np D x 0 d1 1 M x XD為耗盡層的寬度。上式闡明，當(dāng) 1d D x 0 x 時(shí)， M 。發(fā)生雪崩擊穿的條件。 在強(qiáng)電場作用下，當(dāng)經(jīng)過耗盡區(qū)的每個(gè)載流子平均 能產(chǎn)生一對電子空穴時(shí)，就發(fā)生雪崩擊穿景象。當(dāng)

6、 M時(shí)，PN結(jié)上所加的反向偏壓就是雪崩擊穿電壓 UBR。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在略低于擊穿電壓時(shí)， 也發(fā)生雪崩倍增景象，不過M較小， 這時(shí)M隨反向偏壓U的變化可用閱歷公 式近似表示 n BR) /(1 1 UU M 從圖3-8所示的伏-安特性曲 線可以看出，在雪崩擊穿點(diǎn)附近 電流隨偏壓變化的曲線較陡，當(dāng) 反向偏壓有較小變化時(shí)，光電流 將有較大變化。 由于雪崩光電二極管中載流子的碰撞電離是不規(guī)那么 的，碰撞后的運(yùn)動(dòng)方向更是隨機(jī)的，所以它的噪聲比普通 光電二極管要大些。在無倍增的情況下，其噪聲電流主要 為散粒噪聲。當(dāng)雪崩倍增M倍后，雪崩光電二極管的噪聲電 流的均方根值可近似由下式計(jì)算。 2n n 2 ()227 dp Ie IIMf 式中指數(shù)