蔡司光电二极管阵列光谱仪模块(diode array spectrometer module) 发展外况 由于光学技术、材料技术、电子技术、计算机技术的迅速发展，蔡司于十年已开始光电二极管阵列光谱仪模块的生产及应用推广。现今这类产品已成为测量和分析的基本单元。只要在进行系统设计的基础上，配以相应的辅助部件、电路、计算机、软件等，能够研制出满足各种需求的精密仪器设备。 以光電二极管阵列光谱仪模块为核心的设备能够测量的参数：发光辐射度、荧光发射度、波长测量、颜色测量、膜层厚度测量、温度测量、浓度测量、气体成分测量等；能够测量的光谱达到的范围：紫外、可见、近红外和红外波段；能够测量的对象：激光、照明光源、发光管、液体、织物、宝石等；模块广泛应用于环境监测、工业分析、缺陷检测、化学分析、食品品质检测、材料分析、医学诊断、临床检验、航空航天、遥感等领域。 模块结构 光電二极管阵列光谱仪模块，具有一个设计极佳的结构组成，主体机壳全封闭式的将传送光的光纤(OPTICAL FIBRE)、光纤截面转换器(CROSS SECTION CONVERTER)、凹面成像光栅(CONCAVE GRATING)、二极管阵列紧凑(DIODE ARRAY)、永久的粘在一起，并有相应的电路(CIRCUIT BOARD)，构成尽可能小的单元模块。两种模块形式如图1、图2所示。 模块的集成和微型是随着光纤技术、光栅技术、二极管阵列检测技术、电子元器件技术、材料技术的进步和发展而来，更多地成为现场检测和实时监控仪器的首选单元。 图1 光電二极管阵列光谱仪模块(微型，内置控制电路和前置放大器)
图2 光电二极管阵列光谱仪模块(分辨率高，外置控制电路和前置放大器) 产品特点 1.工艺先进：紧凑的机械结构；全封闭；光学部件永久定位；没有机械调整；具有对机 械冲击高度的非敏感性；从而导致非常高的可靠性。 2.仅需要成像光栅，省掉了常规光谱仪中的透镜、凹面镜、平面镜等多个部件。 3.体积小；结构完全免维护；不需重新校正；结实耐用；热稳定性好。 4.可以选择较宽的动态范围和波长范围。 5.高感旋光性；高光谱分辨率；高灵敏度；高效率。 6.良好的波长重复性和波长准确性，结果完全可信。 7.用于各种测量目的，同时多波长测量；完整的多成分分析；测量简单可靠。 8.技术先进：能够连续、稳定、快速的采集光谱数据；测量速度之快，可以用于在线 分析。 单元模块 单元模块的大小是由光纤狭缝、成像光栅、检测器件等部件尺寸决定的。参见图1、图2。从物理光学的角度看，部件尺寸仅由所需要的分辨率决定。由于在许多应用中只需很高的重现性，因此在满足一定分辨率的情况下，采用尽量小的部件。 光电二极管阵列光谱仪模块系列的设计理念是：在硬件上尽量简化光、机结构设计，在尽量减少部件数量的同时，不同型号的模块中尽量使用相同部件。 模块主体 在光电二极管阵列光谱仪模块内部，主体是由UBK7玻璃制成，成像光栅直接贴在玻璃体上，这样光栅是完全固定的，能够理想地防止灰尘和气体的侵蚀。使用高光学密度的材料以及更大的光学孔径，可以使用很小的光栅，从而达到更小的失真。 为了达到更好的传输效果，对于紫外波段的模块，固体玻璃主体被换为中空主体并与
Modern Physics 现代物理, 2020, 10(5), 73-78 Published Online September 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/b12985945.html,/journal/mp https://https://www.doczj.com/doc/b12985945.html,/10.12677/mp.2020.105008 硅光电二极管的光谱响应测量及其响应 时间研究 曾丽娜，李林*，李再金，杨红，李功捷，赵志斌，李志波，乔忠良，曲轶，刘国军 海南师范大学，物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南海口 收稿日期：2020年8月11日；录用日期：2020年8月27日；发布日期：2020年9月3日 摘要 在气流和温度稳定，卤素灯照明为背景光的环境下，当硅光电二极管未达到最大响应时测量了硅光电二极管对入射光波长为400 nm至1050 nm的光谱响应。分析了硅光电二极管的光谱响应的影响条件和硅光电二极管的光谱响应规律。在测光电路中采用不同的负载电阻和偏置电压测试硅光电二极管的响应时间，解释了硅光电二极管的物理特性。 关键词 硅光电二极管，光谱响应，时间响应 Study on Measurement of Spectral Response and Response Time of Silicon Photodiodes Lina Zeng, Lin Li*, Zaijin Li, Hong Yang, Gongjie Li, Zhibin Zhao, Zhibo Li, Zhongliang Qiao, Yi Qu, Guojun Liu Key Laboratory of Laser Technology and Optoelectronic Functional Materials of Hainan Province, College of Physics and Electronic Engineering, Hainan Normal University, Haikou Hainan Received: Aug. 11th, 2020; accepted: Aug. 27th, 2020; published: Sep. 3rd, 2020 Abstract The spectral response of Silicon photodiodes with incident light wavelengths of 400 nm to 1050 nm is measured when Silicon photodiodes do not reach maximum response in the background *通讯作者。
Description Applications Zener diodes fabricated in a proprietary silicon avalanche technology protect each I/O pin to provide a high level of protection for electronic equipment that may experience destructive electrostatic discharges (ESD). These robust diodes can safely absorb repetitive ESD strikes at ±30kV (contact discharge, IEC 61000-4-2) without performance degradation. Additionally, each diode can safely dissipate 7A of 8/20μs surge current (IEC61000-4-5) with very low clamping voltages. Features ? ESD, IEC61000-4-2, ±30kV contact, ±30kV air ? EFT , IEC61000-4-4, 40A (5/50ns) ? Lightning, IEC61000-4-5, 7A (8/20μs) ? Low leakage current of 100nA (MAX) at 5V ? Tiny SOD723/ SOD882 (JEDEC MO-236) package saves board space ? Fits solder footprint of industry standard 0402 (1005) devices ? A EC-Q101 qualified (SOD882 package) ? Mobile phones ? Smart phones ? PDAs ? Portable navigation devices ? Digital cameras ? Portable medical devices Pinout Functional Block Diagram Life Support Note: Not Intended for Use in Life Support or Life Saving Applications The products shown herein are not designed for use in life sustaining or life saving applications unless otherwise expressly indicated.Application Example Signal I/O port B1Ground B2B3B4 1 2 SOD882 (AEC-Q101 qualified)
光电二极管教程 工作原理 结光电二极管是一种基本器件，其功能类似于一个普通的信号二极管，但在结半导体的耗尽区吸收光时，它会产生光电流。光电二极管是一种快速，高线性度的器件，在应用中具有高量子效率，可应用于各种不同的场合。 根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。图1描绘了一个结光电二极管模型，它由基本的独立元件组成，这样便于直观了解光电二极管的主要性质，更好地了解Thorlabs光电二极管工作过程。 图1: 光电二极管模型 光电二极管术语 响应度 光电二极管的响应度可以定义为给定波长下，产生的光电流(I PD)和入射光功率(P)之比： 工作模式(光导模式和光伏模式) 光电二极管可以工作在这两个模式中的一个: 光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小(漏电流)而定。 光导模式 处于光导模式时，有一个外加的偏压，这是我们DET系列探测器的基础。电路中测得的电流代表器件接受到的光照; 测量的输出电流与输入光功率成正比。外加偏压使得耗尽区的宽度增大，响应度增大，结电容变小，响应度趋向直线。工作在这些条件下容易产生很大的暗电流，但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。(注: 我们的DET器件都是反向偏置的，不能工作在正向偏压下。)
光伏模式 光伏模式下，光电二极管是零偏置的。器件的电流流动被限制，形成一个电压。这种工作模式利用了光伏效应，它是太阳能电池的基础。当工作在光伏模式时，暗电流最小。 暗电流 暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流. 工作在光导模式时, 容易出现更高的暗电流, 并与温度直接相关. 温度每增加 10 °C, 暗电流几乎增加一倍, 温度每增加 6 °C, 分流电阻增大一倍. 显然, 应用更大的偏压会降低结电容, 但也会增加当前暗电流的大小. 当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响. 锗器件暗电流很大, 硅器件通常比锗器件暗电流小.下表给出了几种光电二极管 材料及它们相关的暗电流, 速度, 响应波段和价格. 结电容 结电容（C j）是光电二极管的一个重要性质，对光电二极管的带宽和响应有很大影响。需要注意的是，结区面积大的二极管结体积也越大，也拥有较大的充电电容。在反向偏压应用中，结的耗尽区宽度增加，会有效地减小结电容，增大响应速度。 带宽和响应 负载电阻和光电二极管的电容共同限制带宽。要得到最佳的频率响应，一个50欧姆的终端需要使用一条50欧姆的同轴电缆。带宽（f BW）和上升时间响应（t r）可以近似用结电容（C j）和负载电阻（R load）表示： 终端电阻 使用负载电阻将光电流转换为电压（V OUT）以便在示波器上显示： 根据光电二极管的类型，负载电阻影响其响应速度。为达到最大带宽，我们建议在同轴电缆的另一端使用50欧姆的终端电阻。其与电缆的本征阻抗相匹配，将会最小化谐振。如果带宽不重要，您可以增大负载电阻（R load），从而增大给定光功率下的光电压。终端不匹配时，电缆的长度对响应影响很大，所以我们建议使电缆越短越好。 分流电阻
本设计主要阐述了分析二极管在光伏阵列的作用。根据太阳电池的仿真模型，建立光伏阵列的仿真模型，分析计算二极管在阵列中的作用。得出二极管在光伏阵列中的作用是：1防夜间蓄电池给太阳能组件反充，2防蓄电池反接负载。 关键字二极管光伏矩阵太阳能组件防反冲反接负载
摘要 (2) 绪言 (4) 一.光伏阵列 (5) 1.1二极管阵列检测器 (5) 1.2二级管阵列检测器的工作原理 (6) 1.3二级管阵列检测器优缺点 (6) 二.光伏阵列中二极管的种类及作用 (6) 三.光伏阵列中二极管作用及原理分析 (8) 四.光伏阵列在未来的发展 (9) 参考文献10
随着全球气候变暖、污染问题日益严重，从传统能源向可再生能源的转变势在必行。太阳能光伏技术（Photovoltaic）是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极。阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。阳光强度越大，电流就越强。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。其优点有：燃料免费、没有会磨损、毁坏或需替换的活动部件、保持系统运转仅需很少的维护、系统为组件，可在任何地方快速安装、无噪声、无有害排放和污染气体等。其中太阳能作为可再生能源的重要部分，最近几年已经得到了很广泛的应用，如何提高太阳能的利用效率成为研究热点之一。本文首先从晶体硅太阳电池的等效电路图入手，根据电路分析的知识求解出等效电路伏安特性的数学表达式，建立光伏组件和阵列仿真模型，分析二极管在太阳电池、组件及阵列中的作用，及其导通电压的大小对光伏应用效果的影响，其分析结果具有较好的实践价值。
第20卷 第5期 许昌师专学报 Vol.20.No.5 2001年9月 JOURNAL OF XUCHANG TE AC HERS C OLLE GE Sep.,2001 文章编号:1000-9949-(2001)05-0019-04 硅光电二极管在光电检测电路中的应用研究 付文羽,彭世林 (庆阳师范高等专科学校物理系,甘肃西峰745000) 摘 要:分析了光电检测时硅光电二极管线性响应及噪声特性,给出了硅光电二极管的线性 度及信噪比公式,并结合噪声E n—I n模型[1],对光电二极管用于光电检测时影响电路信噪比的 因素进行了探讨. 关键词:光电检测;信噪比;噪声模型 中图分类号:TN710.2 文献标识码:A 0 引言 硅光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中,尤其在激光通讯测量中,通常要测量微瓦以下的光信号,就更离不开硅光电二极管.质量好的硅光二极管用于激光功率测量时,测量下限可达10-8W,分辨率可达10-12W.在许多场合,光电检测电路接收到的是随时间变化的光信号,其特点是:单一频率或包含着丰富的频率分量的交变信号,当信号很微弱时,由于背景噪声和电路热噪声的影响,还需要对信号进行低噪声处理、放大.因此,在交变光电信号作用下,怎样正确选择硅光电二极管的参数,以获得最小非线性失真信号及信号检测的灵敏度就成为人们所关心的问题. 1 硅光电二极管的基本结构及等效电路 光电二极管是一种光电转换器件,其基本原理是当光照射在P—N结上时,被吸收的光能转变为电能,这是一个吸收过程,与发光二极管的自发辐射和激光二极管的受激幅射过程相逆.P—N型硅光电二极管是最基本和应用最广的管子.基本结构如图1所示,它是在N型硅单晶片的上表面扩散一薄层P型杂质,形成P+型扩散层.由于扩散,在P+区和N型区形成一个P+N结.P+区是透明的,光子可以通过P+区到达PN结区产生光电子.在N型硅单晶下表面扩散N型杂质以形成高浓度的N+扩散区,以便给金属电极提供良好的电接触.另一种常用的硅光电二极管是P—I—N型硅光电二极管,其结构同P—N型类似.位于P层和N层之间的耗尽层由本征半导体构成,可以提供一个较大的耗尽深度和较小的电容,适合于反向偏压工作.硅光电二极管的等效电路如图2所示,图中I s为电流源,它是硅光电二极管接收辐射后所产生的光电流I p和暗电流I d以及噪声电流I n之和,即: 图1 平面扩散型PN结光电二极管结构图图2 硅光电二极管等效电路 收稿日期:2001-03-19 作者简介:付文羽(1963-),男,甘肃宁县人,庆阳师专物理系讲师,工程硕士,主要从事光电检测与传感技术应用研究.
光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 原理： 普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 PN型 特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型 特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 检测方法 ①电阻测量法 用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10MΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 ②电压测量法 用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。 ③短路电流测量法 用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。 主要技术参数： 1.最高反向工作电压； 2.暗电流； dark current 也称无照电流光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。此外在生理学方面，是指在无光照时视网膜视杆细胞的外段膜上有相当数量的Na离子通道处于开放状态，故Na离子进入细胞内，形成一个从外段流向内段的电流，称为暗电流（dark current）。暗电流是指器件在反偏压条件下,没有入射光时产生的反向直流电流.(它包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流.) 所谓暗电流指的是光伏电池在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流
二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)在食品添加剂检测中的作用 食品是人类赖以生存和发展的物质基础,食品分析与其他领域化学分析的不同之处在于食品种类多样、成分复杂、基质干扰严重,因此,准确可靠的检验结果是正确评价食品质量和保障食品安全的先决条件。传统的紫外检测器每次进样只能完成单一波长扫描,而利用二极管阵列检测器可以在一次程序运行中进行190 nm~800 nm之间的全波长立体扫描,并可在数据采集完成后显示某一波长的色谱图。因此可以实现利用被测物质的光谱吸收曲线的模式图形状、最大吸收波长、色谱峰纯度分析、导数光谱辅助定性及快速选择最佳检测波长等方面的优势,从而弥补利用单一紫外波长吸收进行色谱分析过程中,单独采用色谱峰保留时间定性的不足,增强高效液相色谱定性分析能力[1-2]。苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸和安赛蜜、糖精是加工食品中最常用的防腐剂和甜味剂,因受到食品复杂基质干扰,在样品检测过程中单纯依靠色谱峰保留时间来定性常常会出现杂质干扰造成假阳性,影响检测结果的准确性。因此结合5种常见食品添加剂检测分析的具体实例,探讨二极管阵列检测器在利用被测物质与标准样品紫外吸收光谱曲线及其二阶导数图形模式比较来识别色谱峰以及对色谱峰进行纯度分析等方面的应用,排除二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)能够对被测物质进行全波长扫描,在物质定量尤其是定性分析方面显示独特的优势。以食品中常见的3种防腐剂(苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸)及两种甜味剂(安赛蜜、糖精)的检测为实例,介绍利用DAD检测器获得被测物质的紫外吸收光谱及其导数光谱、色谱纯
中北大学 课程设计说明书 学生姓名：张路路学号：0805014115 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 题目：光电传感器实验方案的设计与实践 ——光电二极管特性 指导教师：程耀瑜职称: 教授 指导教师：李永红职称: 讲师 2012年1月4日
中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：张路路学号：0805014115 课程设计题目：光电传感器实验方案的设计与实践 ——光电二极管特性 起迄日期：2011年12月19日~2012年1月6日 课程设计地点：主楼1318室，513教研室 指导教师：程耀瑜李永红 系主任：程耀瑜 下达任务书日期: 2011年12月19日
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目录： 实验目的 (1) 实验内容 (1) 实验仪器 (1) 实验原理 (1) 注意事项 (4) 实验步骤 (5) 实验结果 (12) 实验总结 (15) 参考文献 (15)
光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习光电二极管的基本工作原理； 2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法，并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量； 3、通过学习，能够对其他光伏器件有所了解。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管伏安特性测试实验 3、光电二极管光照特性测试实验 4、光电二极管时间特性测试实验 5、光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述 随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，
高效液相色谱仪的研制与技术开发 --新型二极管阵列检测器 洪群发张庆和李彤张维冰张玉奎 （大连依利特分析仪器有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，大连，116011） 摘要：介绍一种新型的高效液相色谱二极管阵列检测器。该仪器采用光纤传导技术和全封闭光学系统，具有较高的光谱分辨率和检测灵敏度。采用虚拟设备驱动技术配合功能强大的数据处理系统可为用户提供色谱、光谱，三维谱图及色谱峰纯度等大量的信息。 关键词：高效液相色谱；二极管阵列检测器；虚拟设备驱动 Research and Developmemt on High Performance Liquid Chromatographic Instruments --A Novel Diode Array Detector Hong Qunfa, Zhang Qinghe, Li Tong, Zhang Weibing, Zhang Yukui (Dalian Elite Analytical Instrument Ltd. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science, Dalian, 116011) Abstract: A novel diode array detector (DAD) for high performance liquid chromatography (HPLC) was introduced. A full-closed optical system and quartz light fiber based transmission technique were used in the instrument, and high spectral resolution and detect sensitivity were obtained. Virtual device driving technique was used, and combined with the powerful data system, the instrument can provide a lot of information including chromatogram, spectra of components, three dimension information and peak purity results. Key words:High performance liquid chromatography; Diode array detector; Virtual device driving
光电转换电路的设计与优化 摘要：通过对光电转换电路的前置放大及主放大电路设计的详细分析研究，给出了电路放大、滤波、降噪等优化处理方法，实现了将有用信号从噪声中分离并输出的目的。对光电转换电路从原理设计到最终制板过程中影响其性能参数及稳定性的因素进行了深入的探讨，提出了对电路器件选择、排列、布线以及降噪等方法的选择标准和依据。 1光电转换- 前置放大电路的设计 光电二极管 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二级管是怎样把光信号转换成电信号的呢？普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 凡是利用一定的物性（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 。光电二极管可以在2 种模式下工作，一是零偏置的光伏模式；一是反偏置的光导模式，具体电路如图1 所示。在光伏模式时，光电二极管可以非常精确地线性工作；而在光导模式时，光电二极管能够实现较高的切换速度，但要牺牲线性；同时，反偏置模式下的光电二极管即使在无光照条件下也会产生一个极小的暗电流，暗电流可能会引入输入噪声。因此选用光伏模式。 运算放大器（O perational A mplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出的高增益电压放大器。在实际电路中，通常结合反馈网络和不同的反馈方式，共同组成某些功能和特性不同的模块，这些模块是各种电子电路中最基本的环节。可见运放在电子电路中的应用之广。 电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 。一般而言，A >=106，所以R in ≈0；即保证了光电二极管在光伏模式下的线性工作特性。通过反馈电阻将光电二极管与运算放大器相连接，将其产生的微弱电流通过较大的反馈电阻Rf形成压降，从而实现光通量的改变——光电流——电压的I/ V前置放大转换。
光电二极管 又名：photodiode 光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。 光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。 工作原理 一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。这样的机制也被称作是内光电效应。如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。 光电压模式 当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。 光电导模式 当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。 尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊&mid dot;奈奎斯特噪声（Johnson–Nyqu ist noise）会造成较大的影响。 其他工作模式
暗电流形成及其稳定性分析 综述报告 目录 光电探测器基本原理 (2) PIN光探测器的工作原理 (2) 雪崩光电二极管工作原理 (3) 暗电流的形成及其影响因素 (4) 暗电流掺杂浓度的影响 (5) 复合电流特性 (6) 表面复合电流特性 (6) 欧姆电流特性 (7) 隧道电流特性 (7) 结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (10) 腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (12) 温度特性对暗电流影响 (13) 暗电流稳定性分析小结 (15) 参考文献 (16)
光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。。本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。 光电探测器基本原理 光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。 PIN光探测器的工作原理 在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
P系列线性光电二极管阵列图像传感器 14μm, single output, 512, 1024, 2048像素 特点 ●扩展光谱范围—200 到 1000 nm ●40MHz 像素读出率且70Hz行速率 ●>2500:1动态范围 ●5V时钟 ●14μm的正方形像素，100％的填充因子 ●超低图像滞后 ●电子曝光及抗模糊控制 说明 在P系列线阵传感器中,PerkinElmer结合最好的高灵敏度光电二极管阵列探测特性和高速电荷耦合扫描,为提高先进的图像应用需求提供坚实地解决方案. 这些高性能成像系统,低噪声、高灵敏度、令人印象深刻的电荷存储能力,和无延迟的动态成像以方便地单输出架构形式.这些14μm方形连续像素图像传感器减少图像信息最低损失和人工修饰,而独特的光电二极管结构提供延展低于250nm出色的蓝色响应并进入到紫外线. 仅要求5V时钟的两相CCD读出寄存器已经达到出色的电荷转移效率.附加电极提供单独地曝光和抗晕控制.最终,高灵敏读出放大器提供大的输出信号,在随后相机电路缓和要求的噪声. 可用的标准阵列长度512,1024和2048像素,分别带玻璃或二氧化硅窗口中,这些通用图像传感器广泛用于高速文本读出,web检查,邮件分类,产品测量和计量,位置识别,和其它工业以及需要最大图像性能的特定应用. P系列结合了带高速CCD读出寄存器和高灵敏读出放大器的高性能光电二极管.详细构造参见图1. 图1.图像传感器功能框图 光探测区域 P系列成像系统的光探测区域是连续以14μm为中心光电二极管的线性阵列.这些光电二极管是使用PerkinElmer设计扩展短波长敏感深度UV低于250nm,先进的光电二极管构成,以保持100%填充因子和交付极低的图像延迟.这个独特的设计也避免在光探测区域,多晶硅层中减少多数CCD图像传感器的量子效应.P系列图像传感器支持通用可视的玻璃窗口或UV低于250nm下的石英玻璃窗口. P系列图像传感器可以支持外部附加窗口中.看图2a和2b对于敏感度和传输曲线.
PIN光电二极管 1.工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I 层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。 因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。 通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。 2.PIN光电二极管的主要特性 (1)截止波长和吸收系数 只有入射光子的能量 ?PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 目录 ?PIN型光电二极管的结构
?PIN结的导电特性 ?PIN型光电二极管的主要参数 ?PIN型光电二极管的典型应用 PIN型光电二极管的结构 ?pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图1所示。 对于Si-pin133结二极管，其中i型层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m之间）；i型层两边的p 型和n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。 平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是：①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压；②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 PIN结的导电特性
硅光电二极管在光电检测电路中的应用研究 发表时间：2017-03-09T11:12:19.920Z 来源：《电力设备》2017年第1期作者：杨劲 [导读] 近年来，随着光电检测技术的发展及应用，该技术已经被广泛地应用于航天、医疗、环境科学、农业、工业以及军事等诸多领域。 （池州学院安徽池州 247100） 摘要：近年来，随着光电检测技术的发展及应用，该技术已经被广泛地应用于航天、医疗、环境科学、农业、工业以及军事等诸多领域。光电探测器件是光电检测技术的核心，其作用是实现光信号到光电流信号的转换，然后再转换为电信号。为此，本文就光电检测电路中的硅光电二极管的应用进行简要地研究，首先介绍了硅光电二极管的基本结构，然后分析了电路特性，最后进一步研究了光电检测电路的设计与实现，希望能够对读者有所帮助。 关键词：光电检测电路；光电探测器；硅光电二极管 引言 硅光电二极管具有噪声低、线性好、灵敏度高、响应快等优点而被作为整个光电检测电路的核心器件。然而，当所检测的光信号较为微弱的时候，往往需要外接光电放大电路，由于设计电路结构以及器件芯片选型的不同，受各种噪声叠加及电路中阻抗分流的影响，电路输出端的信噪比降低或线性响应度变差。因此，对硅光电二极管在光电检测电路中的应用进行分析研究是非常重要的。 1.硅光电二极管的基本结构 光电二极管能够将所吸收的光能转换为电能，属于一种光电转换的器件，与激光二极管的受辐射和发光二极管的自发辐射过程相逆，其中，PN型硅光电二极是目前应用最广和最基本的管子。PN型硅光电二极管的基本结构包括有效面积区、引线、P+扩散区、PN结区、N+扩散区以及金属接触层几部分，其中光可以通过透明的P+区直接到达PN结区，产生光电子，N+扩散区的主要作用在于为金属电极提供良好的电接触。此外，P—I—N型光电二极管也是当期常用的硅光电二极管，其更适用于反向偏压工作，结构与PN型硅光电二极管相类似，N层与P层间的耗尽层是由本征半导体构成的，其作用是提供一个较小的电容和较大的耗尽深度。通常情况下，质量较好的硅光电二极管的噪声是可以忽略不计的，主要原因在于其噪声电流非常小。在硅光电二极管对信号的测量中，本来能够通过调零将暗电流消除，然而，暗电流受温度的影响很大，随着温度的升高而升高，因此，由暗电流引起的噪声对硅光电二极管检测灵敏度的影响是不可被忽视的。此外，在应用硅光电二极管时，暗电流随着所加偏压的升高和面积的增大而增大。 2.电路特性分析 2.1线性响应分析 在各种光电检测应用过程中，为了尽量低损耗的将光生电流转换为输出电流，往往需要选用线性输出响应良好的光敏器件。理想状态下，在结构上可以将硅光电二极管等效成为一恒流源与其自身分流结构相互并联的形式。当微弱低频光信号经过光电探测器后，所输出的光电流为非常微弱的直流信号，因此，硅光电二极管结电容与后续检测电路等效负载电容的分流影响是可以忽略不计的。当无光照射时，所产生暗电流的值与硅光电二极管自身截面积存在较大的关系。此外，经过负载的电流主要取决于其自身阻值大小及硅光电二极管结构。因此，在实际光电检测电路设计时，应该尽可能地选用串联电阻较小、并联分流电阻较大、暗电流较小的硅光电二极管，同时要保证连接在硅光电二极管端的负载阻抗为零，从而保证硅光电二极管检测电路输出端具有良好的线性响应， 2.2硅光电二极管噪声特性分析 噪声是影响光电检测的一个重要因素，因此，对硅光电二极管噪声特性进行分析是必不可少的。硅光电二极管噪声主要包含热噪声和散粒噪声两种，其中，热噪声是由于电阻材料中的自由电子随机运动所产生的，取决于材料的噪声等效带宽、电阻及温度，而散粒噪声是由硅光电二极管PN结中的截流子随机运动而产生的，属于白噪声，与通过光电二极管的电流和噪声带宽相关，而与频率无关。 光电检测电路的信噪比不仅与所选用硅光电二极管的性能和偏压方式有关，而且还取决于输入电路的元件参数。在目前光电检测电路设计中常利用运算放大器接成电压电流转换器来确保负载阻抗为零间，以满足输出线性响应的要求。通常而言，预算放大器的应用既能够使硅光电二极管测量的线性得到有效提高，同时也使得硅光电二极管的工作区域状态接近于短路，整个光电检测电路可获得最小的噪声系数。影响光电检测电路信噪比的因素主要包含以下几个方面：一是运算放大器的反馈电阻及硅光电二极管的内阻，适当地提升放大器的反馈电阻以及选用适当的硅光电二极管不仅有利于改善信噪比，而且还有利于电压、电流转换的转换系数提高。二是失调的电压、电流以及放大器的等效输入噪声电压、电流，其中失调电压、电流的大小会随着温度而漂移，虽然在电路调整时能够对失调电压、电流加以补偿，然而随温度漂移的影响必然会在电路输入端产生噪声，而等效输入噪声电流中所造成的噪声电流在总噪声电流的绝大部分，因此，为了提高电路输出端的信噪比，应该尽可能地选用噪声性能更好、失调电压、电流较低的放大器。 3.检测电路的设计与实现 3.1光电检测电路的设计 通过上文的分析研究，本文以由DET36A硅光电探测器件及ICL7650运放芯片设计而成的光电检测电路进行分析。该硅光电二极管探测器件通过其内部的PIN型硅光二极管，实现光信号到电信号的转换，且二极管的受光区域能够满足不同波长滤光片的搭建，而所选用的ICL7650运放芯片具有功耗低、输入阻抗高的特点，此外，还具有价格低廉，斩波稳零的优点，一方面能够使微弱直流光电流信号得到有效地放大，另一方面还可以补偿电路温度漂移干扰，有助于电路输出信号精度的提升，因此适用于低噪声、微电流的运算放大器。 3.2光电检测电路测试 按照上文所提出的设计方法搭建了实验板线路，并且通过示波器对无光照射条件下所搭建电路的输出噪声进行了测试，测试结果表明该检测电路的灵敏度能够到达10mV。当光照条件较差时，为了对微弱光信号进行充分收集，同时尽量地将光电器件受光照不均匀消除，从而提升实验精度，实验过程中可以先利用透镜将微弱光信号进行聚焦，然后再将聚焦后的光信号以正面垂直的方式照射到硅光电二极管的感光面，然后再对的输入端光照与输出端电压之间的关系进行进一步测量，测量结果表明将硅光电二极管应用于光电检测电路中，同时在配以低噪声高增益的运放芯片，其电路具有良好的线性输出响应。 结语 总而言之，本文通过硅光电二极管的基本结构及电路特性的分析，并以此为指导设计了一种光电检测电路，同时对该电路进行了测试。测试结果表明该光电检测电路具有结构简单、线性良好、输出噪声低等优点。因此，光电二极管检测电路中硅光电二极管的选用及应