光電二極管實(shí)用教案

1、目錄(ml)光電二極管的簡(jiǎn)介及基本原理光電二極管的簡(jiǎn)介及基本原理1 1光電二極管的基本結(jié)構(gòu)光電二極管的基本結(jié)構(gòu)2 2光電二極管的特性光電二極管的特性3 3幾種常見(jiàn)光電二極管幾種常見(jiàn)光電二極管4 4第1頁(yè)/共17頁(yè)第一頁(yè)，共18頁(yè)。光電二極管簡(jiǎn)介(jin ji) 光電二極管和普通(ptng)二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，具有單方向?qū)щ娞匦?，是把光信?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器件種類：PN 結(jié)型光電二極管PIN 結(jié)型光電二極管雪崩光電二極管（APD）發(fā)射鍵型光電二極管第2頁(yè)/共17頁(yè)第二頁(yè)，共18頁(yè)。PN結(jié)的形成(xngchng)P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散(kusn)運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)(din chng)

2、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)=漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡第3頁(yè)/共17頁(yè)第三頁(yè)，共18頁(yè)。光電二極管的基本原理反向偏置：勢(shì)壘增強(qiáng)，少數(shù)(shosh)載流子漂移難以形成足夠電流，但在外加光場(chǎng)作用下可形成較強(qiáng)光電流！光電效應(yīng)第4頁(yè)/共17頁(yè)第四頁(yè)，共18頁(yè)?；驹?光子在p區(qū)（A處）被吸收一個(gè)空穴+一個(gè)電子。電子有可能擴(kuò)散到耗盡層邊界，并在電場(chǎng)作用(zuyng)下漂移至n區(qū); 光子在n區(qū)（C處）被吸收一個(gè)空穴+一個(gè)電子?？昭ㄓ锌赡軘U(kuò)散到耗盡層邊界，并在電場(chǎng)作用(zuyng)下漂移至p區(qū); 光子在耗盡層中（B處）被吸收一個(gè)空穴+一個(gè)電子，在電場(chǎng)的作用(zuyng)下漂移，并分別到達(dá)p區(qū)和n區(qū);第5頁(yè)/共17頁(yè)第五頁(yè)，共1

3、8頁(yè)。光電二極管的基本(jbn)結(jié)構(gòu) 硅光電二極管的兩種典型結(jié)構(gòu)(jigu)，其中(a)是采用N型單晶硅和擴(kuò)散工藝，稱為pn結(jié)構(gòu)(jigu)。它的型號(hào)是2CU型。而(b)是采用P型單晶硅和擴(kuò)散工藝，稱np結(jié)構(gòu)(jigu)。它的型號(hào)為2DU型。2CU型(a)2DU型(b)第6頁(yè)/共17頁(yè)第六頁(yè)，共18頁(yè)?；?jbn)結(jié)構(gòu) 反型層成為PN結(jié)表面漏電流的通道，使通過(guò)負(fù)載的暗電流增大，從而會(huì)影響器件(qjin)的探測(cè)極限為了減小這種表面漏電流，采用的方法是在受光面的四周加上一個(gè)環(huán)極把受光面包圍起來(lái)。在接電源時(shí)，使環(huán)極電勢(shì)始終保持高于前極電勢(shì)，給表面漏電流提供(tgng)一條直接流入電源的通道。第7頁(yè)

4、/共17頁(yè)第七頁(yè)，共18頁(yè)。光電二極管的基本(jbn)特性 1.光譜特性 2.伏安特性 3.噪聲(zoshng)特性 4.溫度特性第8頁(yè)/共17頁(yè)第八頁(yè)，共18頁(yè)。光譜(gungp)特性 以等功率的不同單色輻射波長(zhǎng)的光作用于光電二極管時(shí)，其電流靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系稱為其光譜響應(yīng)，不同材料(cilio)的光譜響應(yīng)范圍不同通常(tngchng)將其峰值響應(yīng)波長(zhǎng)的電流靈敏度作為光電二極管的電流靈敏度第9頁(yè)/共17頁(yè)第九頁(yè)，共18頁(yè)。伏安(f n)特性 在無(wú)輻射作用的情況下（暗室中），PN結(jié)硅光電二極管的正、反向特性(txng)與普通PN結(jié)二極管的特性(txng)一樣。其電流方程為： 當(dāng)光輻射作用到光電

5、二極管上時(shí)，光電二極管的全電流方程為 ： 式中I0為暗電流，IP為光電流10kTqUeII)/exp(1 (0kTqUIIIp第10頁(yè)/共17頁(yè)第十頁(yè)，共18頁(yè)。伏安(f n)特性 由電流方程可以得到(d do)光電二極管在不同偏置電壓下的輸出特性曲線。低反偏壓下由于反偏壓增加使耗盡層加寬光電流隨光電壓變化非常(fichng)敏感。當(dāng)反偏壓進(jìn)一步增加時(shí)，光生載流子的收集已達(dá)極限，光電流就趨于飽和，特性曲線近似于乎直，而且在低照度部分比較均勻。第11頁(yè)/共17頁(yè)第十一頁(yè)，共18頁(yè)。噪聲(zoshng)特性 二極管工作時(shí)所吸收(xshu)的光不僅有信號(hào)光，還有背景光。反偏PN結(jié)還存在暗電流，它會(huì)產(chǎn)

6、生反偏噪聲和熱噪聲，散粒噪聲是光電二極管的主要噪聲 散粒噪聲: 光電二極管的電流應(yīng)包括暗電流Id、信號(hào)電流Is和背景輻射引起的背景光電流Ib， 因此散粒噪聲為 :fqII 22nsf)(2bSd2nsIIIqI第12頁(yè)/共17頁(yè)第十二頁(yè)，共18頁(yè)。PN結(jié)型光電二極管 當(dāng)光子能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，在PN結(jié)的耗盡(ho jn)區(qū)、P區(qū)和N區(qū)都將產(chǎn)生光生的電子-空穴對(duì)，這些由光照產(chǎn)生的自由電子和自由空穴稱為光生載流子，反向電壓作用下產(chǎn)生光電流。 應(yīng)用：照度計(jì)、彩色傳感器、線性圖像傳感器、分光光度計(jì)、照相機(jī)曝光計(jì)。Light第13頁(yè)/共17頁(yè)第十三頁(yè)，共18頁(yè)。PIN型光電二極管 由于PN結(jié)耗盡

7、層只有幾微米，大部分入射光被中性區(qū)吸收， 因而光電轉(zhuǎn)換效率(xio l)低，響應(yīng)速度慢。為改善器件的特性，在PN結(jié)中間設(shè)置一層本征半導(dǎo)體(稱為I)，這種結(jié)構(gòu)便是常用的PIN光電二極管PIN管結(jié)構(gòu)(jigu)PN管結(jié)構(gòu)(jigu) P-Si N-Si I-Si第14頁(yè)/共17頁(yè)第十四頁(yè)，共18頁(yè)。雪崩(xubng)光電二極管 PIN型光電二極管提高了PN結(jié)光電二極管的時(shí)間響應(yīng)(xingyng)，但對(duì)器件的靈敏度沒(méi)有多少改善。雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管，可以提高光電二極管的靈敏度 應(yīng)用：高速光通信、高速光檢測(cè)APD載流子雪崩式倍增示意圖I0NPP(N)光第15頁(yè)/共17頁(yè)第十五頁(yè)，共18頁(yè)。第16頁(yè)/共17頁(yè)第十六頁(yè)，共18頁(yè)。感謝您的觀看(gunkn)！第17頁(yè)/共17頁(yè)第十七頁(yè)，共18頁(yè)。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)目錄。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(yndng)=漂移運(yùn)動(dòng)(yndng)時(shí)。光子在n區(qū)（C處）被吸收一個(gè)空穴+一個(gè)電子。為了減小這種表面漏電流，采用的方法是在受光面的四周加上一個(gè)環(huán)極把受光面包圍起來(lái)。式中I0為暗電流，IP為