§3.1.4光敏二极管 结构和工作原理 电种用单向导电性 的结型光电信息转换 器件。其PN结装在管 子的顶部,以便接收 光照。其上面有一个 透镜制成的窗口,以 第三章光电信息转换 便使光线集中在敏感 T 面,光敏二极管的外 形结构如图(a)所示 -第三章上一页回首页下一页回大页结束回目卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 一．结构和工作原理 光敏二极管是一 种用PN结单向导电性 的结型光电信息转换 器件。其PN结装在管 子的顶部，以便接收 光照。其上面有一个 透镜制成的窗口，以 便使光线集中在敏感 面，光敏二极管的外 形结构如图（a）所示 。 上一节
§3.1.4光敏二极管 光敏二极管工作时一般加反相 偏压,如图(b)所示,无光照时 处于反偏的光敏二极管工作在截 止状态,这时只有少数载流子在方 向偏压的作用下,渡越阻挡层,形 P∪M 成微小的方向电流,即暗电流。当 光敏二极管受光照时,PN结附近受 光子轰击吸收其能量而产生电子空 穴对,从而使P区和N区的少数载流 第三章光电信息转换 子浓度大大增加,在外加电场和内 电场的共同作用下,P区的电子渡 越阻挡层进入N区,N区的空穴进 入P区,从而使通过PN结的方向电 流大大增加,这就形成了光电流。 Ob) 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 光敏二极管工作时一般加反相 偏压，如图（b）所示，无光照时 ，处于反偏的光敏二极管工作在截 止状态，这时只有少数载流子在方 向偏压的作用下，渡越阻挡层，形 成微小的方向电流，即暗电流。当 光敏二极管受光照时，PN结附近受 光子轰击吸收其能量而产生电子空 穴对，从而使P区和N区的少数载流 子浓度大大增加，在外加电场和内 电场的共同作用下，P区的电子渡 越阻挡层进入N区，N区的空穴进 入P区，从而使通过PN结的方向电 流大大增加，这就形成了光电流
§3.1.4光敏二极管 特性 1光照特性2光谱特性3伏安特性4频率特 性5温度特性6暗电流 第 电路 图3.14—3是光敏二极管的输出电路和等效电路。图(a) 和图b)的差别是输出电压U是反向的。因为6=s,由图()可光 知 信 u=iRL=S中R 息 上式中,为了得到较大的输出电压u,除串接较大的R外,后转 换 级电路的输入阻抗应尽可能大些。在图3.1.4-3(c)中,C 结电容,一般较小,故在中频内可忽略,但在高频时不能忽略 C;直接影响光敏二极管的高频特性。 以下是光敏二极管的上限频率: 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 二．特性 1.光照特性 2.光谱特性 3.伏安特性 4.频率特 性 5.温度特性 6.暗电流 三．电路 图3.1.4－3 是光敏二极管的输出电路和等效电路。图（a） 和图(b)的差别是输出电压U是反向的。因为iφ=sφ,由图(c)可 知， uL= iφRL= sφRL 上式中，为了得到较大的输出电压uL，除串接较大的R外，后 级电路的输入阻抗应尽可能大些。在图3.1.4－3（c）中，Cj是 结电容，一般较小，故在中频内可忽略，但在高频时不能忽略 ，Cj直接影响光敏二极管的高频特性。 以下是光敏二极管的上限频率：
§3.1.4光敏二极管 王厘 2元GjR 成少负载电阻R 可使上限频率提高 四.PIN管 电场主要分布在耗尽区内,耗尽区的电场足以使载流 子的漂移速度达到极限值。在扩散区,由于场的分布趋 于零,所以运动速度很慢。这样,就影响了光电检测器 第三章光电信息转换 响应速度的提高。因此为了保证光电检测器有快的响应 速度和高的效率,应当设法尽量减小零电场P区和N区 的厚度而增加耗尽区的厚度,并且还应尽量避免光生电 子一空穴对在零电场区里产生,工艺上采取以下措施: 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 四．PIN管 电场主要分布在耗尽区内，耗尽区的电场足以使载流 子的漂移速度达到极限值。在扩散区， 由于场的分布趋 于零，所以运动速度很慢。这样，就影响了光电检测器 响应速度的提高。因此为了保证光电检测器有快的响应 速度和高的效率， 应当设法尽量减小零电场P区和N区 的厚度而增加耗尽区的厚度，并且还应尽量避免光生电 子一空穴对在零电场区里产生，工艺上采取以下措施： 减少负载电阻RL， 可使上限频率fH提高
§3.1.4光敏二极管 将N层做成轻掺杂,使耗尽区变宽或变厚。这种 掺杂很轻的N层,称作本征层;另外,为了制成 低电阻的接触,在层的两端再做成重掺杂的P层 和N层,并且它们的宽度很窄,或厚度很薄。这 样,便构成了PIN型的光敏二极管。 这种管子的最大特点是频带宽,可达10GHz 另一特点是线性输出范围宽。缺点是由于层 第三章光电信息转换 很大,管子的输出电流小,一般多为零点几微安 至数微安。 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。这种 掺杂很轻的N层,称作本征I层；另外，为了制成 低电阻的接触，在I层的两端再做成重掺杂的P层 和N层，并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。这 样，便构成了PIN型的光敏二极管。 这种管子的最大特点是频带宽，可达10GHz 。另一特点是线性输出范围宽。缺点是由于I层 很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安 至数微安
§3.1.4光敏二极管 五.APD APD是利用雪崩倍增效应使光生电流达到很高的数值 电流增益可达106。因此,雪崩光电二极管是灵敏度很高的 光电信息转换器件 影响雪崩光敏二极管工作的因素有: (a)雪崩过程伴有一定的噪声,并受温度的影响较大; (b)由于材料本身(特别是表面部分)具有一定的缺陷, 使N结的各区域电场分布不均匀,局部的高电场区首先发 生击穿,使漏电流变大,这相当于增强了噪声。为避免这 第三章光电信息转换 一情况发生,在选择材料和工艺上应加以注意 雪崩光敏二极管的工作偏压必须适当。过小时,增益太 小;过大时,噪声大,而且电压过高可能使管子被击穿烧 毁。由于击穿电压会随温度漂移,必须根据环境温度变化 相应调整工作电压 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 五．APD APD是利用雪崩倍增效应使光生电流达到很高的数值， 电流增益可达106。因此，雪崩光电二极管是灵敏度很高的 光电信息转换器件。 影响雪崩光敏二极管工作的因素有： (a)雪崩过程伴有一定的噪声，并受温度的影响较大； (b)由于材料本身(特别是表面部分)具有一定的缺陷， 使PN结的各区域电场分布不均匀，局部的高电场区首先发 生击穿，使漏电流变大，这相当于增强了噪声。为避免这 一情况发生，在选择材料和工艺上应加以注意。 雪崩光敏二极管的工作偏压必须适当。过小时，增益太 小；过大时，噪声大，而且电压过高可能使管子被击穿烧 毁。由于击穿电压会随温度漂移，必须根据环境温度变化 相应调整工作电压
§3.1.4光敏二极管 六.光敏二极管阵列 光敏二极管阵列是将光敏二极管以线列或面阵形式集 合在一起,用来同时探测被测物体各部位提供的不同光 信息,并将这些信息转换为电信号的器件。光敏三极管 阵列与其类似。 与光敏二极管阵列类似,还有象限探测器。象限探测 器有二象限和四象限探测器,又分光电二极管象限探测 器和硅光电池象限探测器。象限探测器是在同一块芯片 第三章光电信息转换 上制成两或四个探测器,中间有沟道将它们隔开,因而 巴这两或四个探测器有完全相同性能参数。当被测体位置 发生变化时,来自目标的辐射量使象限间产生差异,这 种差异会引起象限间信号输出变化,从而确定目标方位 同时可起制导、跟踪、搜索、定位等作用。 第三章上页回首下页回结回写卖
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 六．光敏二极管阵列 光敏二极管阵列是将光敏二极管以线列或面阵形式集 合在一起，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光 信息，并将这些信息转换为电信号的器件。光敏三极管 阵列与其类似。 与光敏二极管阵列类似，还有象限探测器。象限探测 器有二象限和四象限探测器，又分光电二极管象限探测 器和硅光电池象限探测器。象限探测器是在同一块芯片 上制成两或四个探测器，中间有沟道将它们隔开，因而 这两或四个探测器有完全相同性能参数。当被测体位置 发生变化时，来自目标的辐射量使象限间产生差异，这 种差异会引起象限间信号输出变化，从而确定目标方位 ，同时可起制导、跟踪、搜索、定位等作用
