光电检测7.ppt

第四节 半导体光伏型检测器件;二、光敏（电）二极管;（一）结构与原理 1、结构： 典型光敏二极管结构;光敏二极管与普通二极管一样有一个PN结，属于单向导电性的非线形元件。外形不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换。 为了获得尽可能大的光生电流，需要较大的工作面，即PN结面积比普通二极管大得多。 为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极管浅。;光敏二极管 ;红外发射、接收对管外形 ;2.原理; 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。 此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流很小且保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。 当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。 ; 当入射光的强度发生变化，光生载流子的多少也相应发生变化，因而通过光敏二极管的电流也随之变化，于是在光敏二极管两端的电压也发生变化，光敏二极管就这样将光信号变为电信号。 ; 不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。 1.被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流； 2.波长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。 ; 3.波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。 因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。 ;i层所起的作用;外加反向偏压;（二）光电二极管的特性参数 1、势垒区的厚度与电容;2、光谱响应 影响因素： 材料：禁带宽度 设计工艺：PN结深度及表面处理;3、输出特性（光照特性）;在较小的负载电阻下，表现出较好的线性。;4、频率响应 主要由载流子的渡越时间＆RC时间常数决定 具有好的频率响应的二极管应做到： 合理的结面积； 尽可能大的耗尽层厚度； 适当加大使用电压； 减小结构所造成的分布电容。;5、温度特性;6、光敏二极管的反向偏置接法;（三）应用;光电路灯控制电路;;四、APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）;工作原理： 当光敏二极管的PN结上加相当大的反向偏压时，在结区产生一个很高的电场，使进入场区的光生载流子获得足够的能量，通过碰撞使晶格原子电离，而产生新的电子—空穴对。 新的电子—空穴对在强电场的作用下分别向相反方向运动．在运动过程中，又有可能与原子碰撞再一次产生电子—空穴对。 只要电场足够强，此过程就将继续下去，达到载流子的雪崩倍增。通常，雪崩光敏二极管的反向工作偏压略低于击穿电压。;雪崩光敏二极管;特点 雪崩光电二极管具有电流增益大，灵敏度高，频率响应快，带宽可达100GHz。是目前响应最快的一种光敏二极管。 不需要后续庞大的放大电路等特点。因此它在微弱辐射信号的探测方向被广泛地应用。 在设计雪崩光敏二极管时，要保证载流子在整个光敏区的均匀倍增，这就需要选择无缺陷的材料，必须保持更高的工艺和保证结面的平整。 其缺点是工艺要求高，稳定性差，受温度影响大。;雪崩光电二极管与光电倍增管比较;四、光敏（电）三极管;光敏三极管工作原理; 这样晶体三极管起到电流放大的作用。 由于光敏三极管基极电流是由光电流供给，因此一般基极不需外接点，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。;光敏三极管的输出特性： 光敏三极管与光敏二极管相比，具有较高的输出光电流，但线性差 线性差主要是由电流放大倍数?的非线性所致 在大照度时，光敏三极管不能作线性转换元件，但可以作开关元件使用。管不能作线性转换元件，但可以作开关元件使用。 ;光敏二极管和光敏三极管的光电特性 ; 光敏三极管的温度特性 温度特性反映了光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。 温度变化对光电流和暗电流都有影响，对暗电流的影响更大。 精密测量时，应采取温度补偿措施，否则将会导致输出误差。 光敏三极管的光电流和暗电流受温度影响比光敏二极管大得多; 光敏三极管的（调制）频率特性 光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。 一般来说，光敏