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

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§3.1.4 光敏二极管

一.结构和工作原理 光敏二极管是一 种用PN结单向导电性 种用 结单向导电性 的结型光电信息转换 器件。 器件 。 其 PN结装在管 结装在管 子的顶部， 子的顶部 ， 以便接收 光照。 光照 。 其上面有一个 透镜制成的窗口， 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( ) 形结构如图(a)所示 。上一节第三章上一页回首页下一页回末页 结束 回目录

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§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( ) 所示， 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， 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， 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。 成微小的方向电流 ， 即暗电流 。当 光敏二极管受光照时， 结附近受 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 区和N区的少数载流 穴对，从而使 区和 区的少数载流 子浓度大大增加， 子浓度大大增加 ， 在外加电场和内 电场的共同作用下， 区的电子渡 电场的共同作用下 ， P区的电子渡 越阻挡层进入N区 越阻挡层进入 区 ， N区的空穴进 区的空穴进 入 P区， 从而使通过 结的方向电 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。 流大大增加，这就形成了光电流。

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§3.1.4 光敏二极管二.特性 1.光照特性 2.光谱特性 3.伏安特性 4.频率特 光照特性 光谱特性 伏安特性 频率特 性 5.温度特性 6.暗电流 温度特性 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：第三章上一页回首页下一页回末页 结束 回目录

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减少负载电阻RL, 可使上限频率fH提高

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四.PIN管 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：第三章上一页回首页下一页回末页 结束 回目录

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层做成轻掺杂， 将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。这种 层做成轻掺杂 使耗尽区变宽或变厚。 掺杂很轻的N层 称作本征 称作本征I层 另外， 掺杂很轻的 层,称作本征 层；另外，为了制成 低电阻的接触， 层的两端再做成重掺杂的 层的两端再做成重掺杂的P层 低电阻的接触，在I层的两端再做成重掺杂的 层 和N层，并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。这 层 并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。 便构成了PIN型的光敏二极管。 型的光敏二极管。 样，便构成了 型的光敏二极管 这种管子的最大特点是频带宽 可达10GHz 频带宽， 这种管子的最大特点是频带宽，可达 另一特点是线性输出范围宽 缺点是由于I层 线性输出范围宽。 。另一特点是线性输出范围宽。缺点是由于 层 很大，管子的输出电流小， 很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安 至数微安。 至数微安。

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§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。第三章上一页回首页下一页回末页 结束 回目录

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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。第三章上一页回首页下一页回末页 结束 回目录

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