PN结型光电二极管
- 格式：ppt
- 大小：1.11 MB
- 文档页数：44
下载文档原格式
合集下载
二极管的类型及工作原理
二极管的类型及工作原理二极管（Diode）是一种基本的半导体器件，它通常由P型半导体和N型半导体组成。
二极管有许多类型，包括普通二极管、肖特基二极管、肖特基隧道二极管等。
二极管在电子学领域中有着广泛的应用，包括电源供应、信号整形、无线通信、光电探测等。
本文将从二极管的基本工作原理和各种类型进行详细介绍。
一、二极管的基本工作原理1. PN结的形成二极管是由P型半导体和N型半导体通过扩散或外延生长形成PN结，PN结即正负电荷区域。
当P型半导体和N型半导体相连接时，在PN结处形成空间电荷区，这个区域即为耗尽层。
耗尽层内部形成电场，使得P区电子向N区移动，N区空穴向P区移动，形成内建电场。
2. 正向偏置当二极管正向通电时，P区的P型载流子（空穴）和N区的N型载流子（自由电子）受到外加电压的驱动，穿越耗尽层，导致电流流动。
在正向偏置下，二极管的耗尽层变窄，电阻减小，使得电流可以通过二极管，此时二极管处于导通状态。
3. 反向偏置当二极管反向通电时，P区的正电荷和N区的负电荷受到外加电压的驱动，使得耗尽层变宽，电阻增大，导致极小的反向漏电流。
在反向偏置的情况下，二极管处于截止状态，不导通。
二、普通二极管1. 硅二极管硅二极管是最常见的一种二极管，广泛应用于各种电子电路中。
硅二极管具有正向导通压降约0.7V~0.8V，工作温度范围广，稳定性好等特点。
2. 锗二极管锗二极管是二极管的一种，其正向导通压降约为0.3V~0.4V，工作频率范围相对较宽，但稳定性比硅二极管差。
三、损耗二极管1. 肖特基二极管肖特基二极管是一种具有快速开关特性和低漏电流的二极管。
它是由金属和半导体直接接触形成，具有低正向导通压降和快速恢复时间。
肖特基二极管在高频整流电路和开关电源中有着广泛的应用。
2. 肖特基隧道二极管肖特基隧道二极管是一种具有负差阻特性的器件，其反向漏电流与电压成指数关系。
它具有极低的反向漏电流，适用于超低功耗和高灵敏度的电路应用。
光电二极管的种类
光电二极管的种类
光电二极管是用于探测或转换光信号的半导体器件。
根据其结构和工作原理的不同，光电二极管可以分为以下几种。
1. 简单结光电二极管
简单结光电二极管是一种最基本的光电二极管。
它具有一个PN结，在光照射时，电子与空穴被激发而从PN结中流出，产生电流。
简单结光电二极管又分为正面照射型和背面照射型两种。
2. 管子式光电二极管
管子式光电二极管是一种具有长长的管子的光电二极管，可以将来自其他方向的光阻挡。
这种光电二极管常用于激光测量和图像传感器等领域。
3. 高速光电二极管
高速光电二极管是一种用于高速数据采集和信号传输的光电二极管。
它具有增强放大器和频率响应更高的结构，可以以更高的速度探测光信号。
4. 波长选择性光电二极管
波长选择性光电二极管是一种可以区分不同波长光信号的光电二极管。
它通过使用特定的材料或滤光片来选择性过滤掉非特定波长的光信号，从而只对特定波长的光信号做出响应。
5. 级联式光电二极管
级联式光电二极管是一种通过将多个简单结光电二极管串联，以提高
其信噪比和响应速度的光电二极管。
这种光电二极管常用于高精度光
测量和光谱分析等领域。
总之，不同种类的光电二极管都有其特定的应用领域和优点，可以根
据不同的需要选择使用。
光电二极管的工作原理及性能分析
光电二极管的工作原理及性能分析光电二极管是一种常见的光电转换器件，广泛应用于各个领域，包括通信、光电测量和光电传感等。
它通过光的照射产生电流，具有高灵敏度、快速响应和低噪声等优点。
本文将介绍光电二极管的工作原理以及对其性能的分析。
【工作原理】光电二极管基于内部的PN结原理工作。
PN结是由P型半导体和N型半导体的结合组成的，其内部存在着能隙。
当光线照射到PN结上时，能够被吸收并提供足够的能量以兴趣电子从价带跃迁到导带。
这种跃迁过程会产生电子-空穴对，其中电子向N区迁移，空穴向P区迁移，形成电流。
因此，光电二极管的工作原理可以简单归纳为光生载流子的产生。
【性能分析】光电二极管的性能可以通过以下几个方面进行分析。
首先是光电二极管的响应速度。
响应速度是指光电二极管从接收到光信号到产生响应的时间。
它受到载流子的迁移速度和电荷扩散的影响。
通常情况下，响应速度越快，光电二极管的性能越优越。
为了提高响应速度，一种常见的方法是减小光电二极管的结容量，增加载流子的迁移速度。
其次是光电二极管的灵敏度。
灵敏度是指光电二极管对光信号的响应程度。
一般来说，灵敏度高的光电二极管能够更好地转换光信号为电信号。
光电二极管的灵敏度与外部电路以及半导体材料的选择密切相关。
选择合适的半导体材料可以提高灵敏度，而调整外部电路则可以优化光电二极管的工作条件。
第三是光电二极管的线性范围。
线性范围是指光电二极管在不同光照强度下电流输出的变化情况。
光电二极管的线性范围受到光生载流子的产生和收集过程的影响。
当光照强度较小时，光生载流子的数量较少，此时光电二极管的输出电流较小。
而当光照强度较大时，光生载流子的数量增加，光电二极管的输出电流也随之增加。
在合适的电流范围内，光电二极管的输出电流与光照强度呈线性关系。
最后是光电二极管的噪声特性。
光电二极管的噪声可以分为热噪声和暗电流噪声两种。
热噪声是由于光电二极管内部电阻产生的，一般与温度有关。
暗电流噪声则是光电二极管在无光照射的情况下产生的漏电流引起的，会对信号的检测产生干扰。
光电二极管
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。
其他工作模式雪崩光电二极管具有和常规光电二极管相似的结构，但是需要高得多的反向偏置电压。
这将允许光照产生的载流子通过雪崩击穿大量增加，在光电二极管内部产生内部增益，从而进一步改善器件的响应率。
光电二极管的物理特性与工艺研究
光电二极管的物理特性与工艺研究光电二极管，简称LED，是一种半导体器件，具有化学稳定性好、能耗低、寿命长等特点。
其原理是电子在半导体晶体中跃迁时，释放出能量形成光线，将电能转化为光能。
在现代科技应用中，LED被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
一、光电二极管的物理特性1. 发光原理：光电二极管是基于半导体PN结的原理工作的。
PN结是一种半导体结构，由正负两种半导体材料组成，能够使电子与空穴在结区域内重复复合并释放光子而发出光线。
2. 发光机制： LED在通电时，由于P区和N区的掺杂不同，造成了能带的差异。
电子从N区经过PN结跨越到P区，此时电子与空穴发生复合，能量释放出来，产生光辐射。
3. 光谱特性：LED灯泡的颜色主要由发光二极管的材质决定。
不同的材质发出的光线颜色也不同。
例如，蓝色光由蓝色LED发射，绿色光由绿色LED发射，红色光由红色LED发射。
4. 驱动电流：光电二极管的驱动电流大小与稳定性对LED的发光效果有着重要影响。
太小的电流无法使LED发光，而过大的电流则会让LED热失效。
二、光电二极管的工艺研究1. 衬底的选择：光电二极管制作一般采用单晶硅、蓝宝石与碳化硅等不同的衬底。
衬底的物理特性对于光电二极管的性能具有直接影响。
如：蓝宝石衬底的热处理会使 LED 的发光效果更好，而单晶硅更适合进行晶体生长。
2. 阴极材料的选择：光电二极管的阴极部分需要使用照亮发光二极管的外部结构，常采用银等可反射材料，增强光透过率，从而提高了LED的亮度与效率。
3. 制备光电二极管的工艺：光电二极管制备的化学反应涉及多个步骤。
例如，通过金属有机分子热分解法来制备氧化铝膜；利用化学气相沉积法制备氮化硼晶体等。
4. 熔融等离子体技术：熔融等离子体技术是光电二极管的新制备工艺，可以减少耗能与材料浪费，提高了 LED 的制作效率与产量。
三、市场前景及发展趋势目前，LED制作技术与市场应用已经非常成熟，市场规模逐年扩大。
简述光电二极管的工作原理
光电二极管的工作原理一、光电二极管的基本概念1.1 光电二极管的定义光电二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件。
它是一种光电转换器件，能够将光子的能量转变为电子的能量，并产生电流输出。
1.2 光电二极管的分类根据不同的工作原理和结构，光电二极管可以分为以下几类： 1. PN结光电二极管 2. 管式光电二极管 3. 稳压光电二极管 4. 反射式光电二极管 5. PIN结光电二极管二、PN结光电二极管的工作原理2.1 PN结光电二极管的结构PN结光电二极管是一种最常见且应用最广泛的光电二极管。
它由P型和N型半导体材料组成，中间形成PN结。
在PN结的两端设置正负电源，形成一个正向偏置的二极管。
2.2 PN结光电二极管的工作原理当光线照射到PN结上时，会产生光生电子及空穴对。
其中，光生电子会被PN结的电场分离，向N区移动；而空穴会被电场分离，向P区移动。
这样，就在PN结两侧建立了阳极和阴极之间的电压，从而产生电流。
但需要注意的是，PN结的工作原理并不是简单的光生电子和空穴对的分离。
在实际应用中，还需要考虑PN结的正向偏压、载流子的扩散和漂移过程、缺陷等因素。
三、光电二极管的特性参数3.1 光电流和光电压光电流（Photocurrent）是光照射到光电二极管时产生的电流。
当光强度增大时，光电流也会相应增大。
光电压（Photovoltage）是光电二极管在光照射下产生的电压。
其大小与光电二极管的尺寸和材料参数有关。
3.2 光电二极管的响应速度光电二极管的响应速度是指光电二极管对光信号变化的快慢程度。
它取决于光电载流子的寿命、扩散长度和漂移速度等因素。
3.3 光电二极管的谱响应范围光电二极管的谱响应范围是指在光照射下，光电二极管能够产生电流的波长范围。
不同材料的光电二极管具有不同的谱响应范围。
四、光电二极管的应用4.1 光电二极管在光通信中的应用光电二极管在光通信中广泛应用于光信号检测、光电转换和光检测等领域。
光电二极管特性与PN结的能带结构
光电二极管特性与PN结的能带结构光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的电子元件，是现代电子技术中非常重要的一个组成部分。
为了深入了解光电二极管的工作原理，我们需要先了解光电二极管的特性及其背后的PN结构的能带结构。
光电二极管的主要特性之一是非线性特性。
这意味着当光照射到光电二极管上时，非常微小的光信号就能够引起电流的改变。
这种非线性特性使得光电二极管在光电转换中起到关键的作用。
当光照射到光电二极管上时，光会激发电子在半导体材料中的运动，并且在PN结附近产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对会受到电场的驱动，从而形成电流。
要理解光电二极管的非线性特性，我们需要了解光电二极管的PN结构的能带结构。
PN结是指由p型半导体（富含正电荷）和n型半导体（富含负电荷）组成的结构。
当p型半导体和n型半导体相接触时，由于电子云的重叠作用，出现了电子从n型区域向p型区域移动的趋势，形成了能带弯曲。
在PN结的正电荷区域，能带向下弯曲，而在负电荷区域，能带向上弯曲。
这种能带弯曲导致了电子在PN 结中的运动，从而产生了电流。
当光照射到光电二极管上时，光子能量会激发电子从价带跃迁到导带，从而形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对会受到电场的作用，被分离到PN结的正电荷和负电荷区域。
在正电荷区域，电子会被井结束缚，而在负电荷区域，空穴会被井结束缚。
这种电子-空穴对的分离会导致电流的形成。
除了非线性特性，光电二极管还具有整流特性。
这意味着光电二极管能够将交流信号转化为直流信号。
在光电二极管中，当光照射到PN结时，PN结中的电子会向正电荷区域流动，而空穴则会向负电荷区域流动。
这种电子和空穴流动的方向会导致电流的形成。
当光电二极管中的电流在逆向偏置下，电子和空穴的流动会被阻止，使得光电二极管的电流近乎为零。
只有在正向偏置下，电子和空穴的流动才会继续，使得光电二极管具有整流特性。
总结：光电二极管是一种能将光信号转化为电信号的电子元件。
其非线性特性使其在光电转换中发挥关键作用。
PIN光电二极管
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）。
硅光电二极管 结构
硅光电二极管结构
硅光电二极管是一种基于硅材料制造的光电转换器件，其结构通常由以下几个部分组成：
1.PN结：硅光电二极管的核心是PN结，由P型硅和N型硅
材料的结合形成。
P型硅具有带正电荷的空穴，N型硅则
具有带负电荷的电子，两者结合形成PN结。
2.电极：PN结的两端分别连接着正极和负极，也就是电极。
正极连接在P型硅的一侧，而负极连接在N型硅的一侧。
电极的作用是提供电流的输入和输出。
3.光敏区域：在PN结的附近或由PN结的一部分组成的区
域被称为光敏区域。
当光照射到光敏区域时，光子会与硅
材料中的电子发生相互作用，从而产生电荷载流子。
4.传输电路：硅光电二极管在外部连接有相应的传输电路，
用于将从光敏区域产生的电荷载流子转换成电流或信号输
出。
总的来说，硅光电二极管利用PN结和硅材料的特性，当光照射到光敏区域时能够产生电荷载流子，并通过电极和传输电路转化为电流或信号输出。
这使得硅光电二极管在光电转换、光通信、传感器等领域有着广泛的应用。
光电二极管
双向击穿二极管
双向击穿二极管也称瞬态电压抑制二极管(TVS),是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件,类似压敏电阻。它应用于各种交流、直流电源电路中,用来抑制瞬时过电压。当被保护电路瞬间受到浪涌脉冲电压冲击时,双向击穿二极管能迅速齐纳击穿,由高阻状态变为低阻状态,对浪涌电压进行分流和钳位,从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。
普通单色发光二极管属于电流控制型半导体器件,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮,使用时需串接合适的限流电阻。普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关,而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红外发光二极管也称红外线发射二极管,它是可以将电能直接转换成红外光能(不可见光)并辐射出去的发光器件,主要应用于各种遥控发射电路中。其结构、原理与普通发光二极管相近,只是使用的半导体材料不同。更多电子元件资料http:
光电二极管
光电二极管也称光敏二极管,是一种能将光能转变为电能的敏感型二极管,广泛应用于各种遥控与自动控制电路中。它分为硅PN结型(PD)光电二极管、PIN结型光电二极管、锗雪崩光电二极管和肖特基结型光电二极管,其中硅PN结型光电二极管较常用。
光电二极管采用金属外壳、塑料外壳或环氧树脂材料封装,有二端和三端(带环极)两种形式。管体上端或侧面有受光窗口(或受光面)。当光电二极管两端加上反向电压时,其反向电流将随着光照强度的改变而改变。光照强度越大,反向电流则越大。光电二极管按接收信号的光谱范围可分为可见光光电二极管、红外光光电二极管和紫外光光电二极管。红外光光电二极管也称红外接收二极管,是一种特殊的PIN结型光电二极管,可以将红外发光二极管等发射的红外光信号转变为电信号,广泛应用于彩色电视机、录像机、影碟机(视盘机)、音响等家用电器及各种电子产品的遥控接收系统中。它只能接收红外光信号,而对可见光无反应(即对红外光敏感,而接收可见光时则截止)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PN结型光电二极管工作原理
由于光电流是光生载流子参与导电形成的，而光 生载流子的数目又直接取决于光照强度。因此， 光电流必定随入射光的强度变化而变化。这表明， 加有反向电压的光电二极管能把光信号变成电信 号电流。
PN结在热平衡状态下无光照时在结区 （耗尽区）存在着接触电势差。与发光 时相反，如果在PN结上加适当的反向电 压，则PN结的结区将被拉宽，并同时在 电路中产生一个反向漏电流。一般PN结 的反向漏电流很小，称为光电二极管的 暗电流。
特点
将光强的空间分布转换成相应与光强成正比的、大小不等的电荷 包空间分布；CCD以电荷为信号，其基本功能是信号引起电荷的 产生、存储和转移；国内CCD的驱动电压一般为15伏。
(六）谐振腔增强型(RCE)光探测器
产生的原因： 随着社会的发展,人们对信息的需求量日 益增加，高速、宽带、大容量的光纤通信网络 将在未来社会生活中发挥极其重要的作用。波 分复用(WDM)技术及密集波分复用(DWDM)技 术作为未来光纤通信系统的支撑技术，成为当 前光纤通信系统研究与应用的热点。在WDM 和DWDM技术中，如何实现可调谐窄线宽的光 探测器是其关键课题之一。1991年,首次提出的 谐振腔增强型(RCE)光探测器结构为解决该课 题提供了一条大有潜力的途径。
（3）光电流
光电流主要受光照强度的影响，它与光
照度的关系为
I ∝ Ev
式中，E为光的照度，v=1±0.05。 光电流基本上随照度增强而线性增大。 一般来说，光电二极管的光电流越大越 好，商品化硅光二极管的光电流为几十 微安
（4）光谱响应特性
光电二极管对光的响应存在 最长波长极限，称为长波限。 硅光电二极管的长波限约为 1.1µ m。 光波长越短，光子能量越大。 但对光电二极管，入射波长 短，管心表面的反射损耗大， 从而使管心实际上得到的能 量减少。所以光电二极管存 在入射光的短波限。 一般硅光电二极管的短波限 为 0.4µ 。 硅 光 电 二 极 管 的 m 峰 值 波 长 为 0.9µ ， 与 光 纤 m 的短波长窗口相适应。
无光照时，它同一般二 极管一样。 受光照时，光电二极管 的伏安特性曲线将沿电 流轴向下平移，平移的 幅度与光照强度的变化 成正比。此特性表明， 反向电流随入射光照度 增强而增大。 光电二极管作为光探测 器时，应工作在第三象 限。 在入射光照度一定的条 件下，光电二极管相当 于一个恒电源。
（2）暗电流 光电二极管的暗电流为反向饱和电流、 复合电流、表面漏电流和热电流之和。 暗电流小的管子性能稳定，噪声低，检 测弱信号能力强。因此，管子的暗电流 越小越好。 PN结型光电二极管在50V反向电压下，暗 电流小于100nA； PIN型和雪崩型光电二极管在15V反向电 压下，暗电流小于10nA。
（四）光电倍增管
具有外光电效应的器件，具有很高的内增益。因此，其光电转换 分为光电发射和电子倍增两个过程。
光子能量 逸出
光电发射材料的电子吸收
电子 阴极
高速电子打击金属表面
二次电子发射
发射的光电流被阳极收集
真空二极管的输出
特 点
光电倍增管具有很高的灵敏度，能探测10-10W的
微弱信号，常用做高灵敏度、低噪声的光探测器。 在瞬间或在短期强光照射下，灵敏度会下降，但 存放一段时间后可以获得恢复，这称为疲劳现象。 在长期工作或短期强光照射后，使灵敏度下降而 不能恢复，这称为衰老。在使用光电倍增管时， 应特别注意防止强光照射，因为严重时将会损坏 管子。 需要高压直流电源，管子体积大、价格高又经不 起机械冲击，限制了它的使用范围。
光电二极管与光电三极管的主要差别
1）光电流的差别 光电二极管的光电流一般只有几微安到几百微安。 光电三级管的光电流一般都在几毫安以上，至少也有几百微安。 光电二极管和光电三级管两者的暗电流则相差不大，而且一般都 不超过1μA，大多都在0.5μA以下。 2）响应时间的差别 光电二极管的响应时间在100ns以下，PIN结型和雪崩型的还要小。 光电三极管的响应时间长达5~10μS。 3）输出特性的差别 光电二极管在很宽的入射光照度范围内（10-3~10-101x）都具有线 性的光电流-照度特性； 光电三级管输出特性的线性度却较差。
PN结光电效应
Light
P
_
－ － － － － － － －+ + Nhomakorabea +
+ + + +
N +
通常，一个反偏PN结由一个称为耗尽区的区域组成。当有 光照时，产生了光生载流子，并在外加反向电压的作用下， 耗尽区内产生的电子-空穴分别向相反的方向加速，漂移到 N侧和P侧，产生了比例于照射光功率的电流流动。
PIN光电管
Picture of PIN Photodiode PIN光电管照片
三、雪崩型光电二极管--APD
由于普通光电二极管产生的电流微弱，进行放大和处理 时将引入放大器噪声。为了克服这种缺点，有必要加大 光电管的输出电流，由此产生了雪崩型光电二极管。
工作原理 光电二极管中的光生载流子在强电场（大于105v/cm） 作用下高速通过耗尽区向两极移动。在移动过程中，由 于碰撞游离而产生更多的新载流子，形成雪崩现象，从 而使流过二极管的光电流成百倍的增加。
基本工作原理 当光照到半导体PN结上时，被吸收的光 能转变成电能。这一转变过程是一个吸 收过程，与前述发光二极管的自然辐射 过程和激光二极管辐射过程相反。通常， 吸收过程和受激辐射过程是同时存在并 互相竞争的。在光电二极管中，吸收过 程占绝对优势；而在发光器件中，则辐 射过程占绝对优势。
吸收过程占优势的器件有两种工作情况： 当二极管上加有反向电压时，管中的反向 电流将随光照强度和光波长的改变而改变。 据此，可以把该器件用作光电导器件，一 般说的光电二极管属于这种半导体器件；
APD 使原信号光电流发生倍增；提高接收机灵敏度。 需要较高的偏置电压；需要温度补偿电路。 从简化接收机电路考虑，一般情况下多采用PIN 光电二极管。
半导体光电管的性能
光电二极管的主要参数和性能包括： 伏安特性、暗电流、光电流、光谱 响应特性、光电灵敏度、噪声特性 等。
（1）伏安特性
光电三极管分三大类：
有两个PN结，外形与光电二
极管相似，称为光电双二极 管，这种管子应用最广； 和普通三极管一样具有三个 极，容易实现温度补偿，能 以电信号与光电信号混合工 作形式进行增益控制，工作 点稳定，响应时间缩短，可 以用做记忆元件； 复合型光电三极管。提高了 光电转换的灵敏度，增大输 出光电流。但在环境温度高 时，光电流与暗电流的比值 将反而减小，同时，这种管 子的响应速度也慢。
（6）噪声特性
PN结型和PIN结型光电二极管的主要噪声源是暗电 流所引起的散粒噪声。 雪崩型光电二极管的主要噪声源是光电流所引起 的散粒噪声，它的噪声比较大。 表征光电二极管噪声水平的主要参数是信噪 比（S/N）和噪声当量(NEP)
信噪比：输出电流中有用的信号成分与噪声成 分之比。越大越好。 噪声当量功率：当光照射到器件上时，并使器 件的信噪比为1时的入射光功率。越小越好。 硅雪崩管的NEP值约为10-13W/sqrt(Hz)； PIN结型管为10-11W/ sqrt(Hz)；PN型管为 10-9W/ sqrt(Hz)；
（二）光电池
二极管上不加电压，利用PN结在受光照时 产生正向电压的原理，把光电二极管用作 光致发电器件，这种器件称为光电池。 光电池是一种把光能转换成电能的器件。 制造光电池的材料有硅、硒、硫化镉、砷 化镓和碘化铟等，其中硅光电池的转换效 率最高，最大转换效率达到17%，这与理 论上的最大转换效率21.6%已经接近。
RL 为外界负载电阻；
I
为光电流；ID为二极
管电流；I为外电流。 当光电流流过负载电阻RL 时，在RL 上产生电压 降V，此电压为PN结二极管的正向电压降。在电 压V的作用下，产生二极管电流ID，所以流过电 压负载的外电流为 I I I D
（三）光电三极管
是用Ge或Si单晶制成的晶体管，分NPN 和PNP两种结构形式。它不仅能和光电 二极管一样，把入射光信号变成光电流 信号输出，同时还把光电流放大。
光探测器实现光电信息转换基于光电效应。所谓光电效 应，是物质在光作用下释放出电子的物理现象。 对半导体器件，PN结受光照吸收光能后产生载流子，出 现PN结的光电效应。利用这些物理现象制成了许多光探 测器。在光纤传感系统中使用的有半导体光电二极管、 光电池、光电三级管、光电倍增管和电荷耦合阵列。
（一）半导体光电二极管
二极管上不加电压，利用PN结在受光照时 产生正向电压的原理，把光电二极管用作 光致发电器件，这种器件称为光电池。 光纤传感器中这两类器件都得到应用。
半导体光电二极管有三种类型
PN结型光电二极管（PD）
PIN结型光电二极管（PIN）
雪崩型光电二极管（APD）
一．PN结型光电二极管
基本概念： 当PN结受能量大于禁带宽度Eg的光照射时，其价 带中的电子在吸收光能后将跃迁到导带成为自由 电子；同时，在价带中留下自由空穴。这些由光 照产生的自由电子和自由空穴统称为光生载流子。 在反向电压的作用下，光生载流子参与导电，从 而形成电流。此电流是反向电流，但比无光照的 暗电流要大的多。通常，把光照下流过光电二极 管的反向电流称为光电二极管的光电流。
缺 点
倍增为随机性的，放大电流的随机性或 不可预测性限制了管子的灵敏度，所以， 在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
Picture of APD
雪崩光电二极管图片