光电二极管伏安特性

光敏二极管特性测试实验一、实验目的1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法；2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。

二、实验内容1、光电二极管暗电流测试实验2、光电二极管光电流测试实验3、光电二极管伏安特性测试实验4、光电二极管光电特性测试实验5、光电二极管时间特性测试实验6、光电二极管光谱特性测试实验7、光电三极管光电流测试实验8、光电三极管伏安特性测试实验9、光电三极管光电特性测试实验10、光电三极管时间特性测试实验11、光电三极管光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电二三极管综合实验仪 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。

实验2.5 光电二极管的特性参数及其测量1. 实验目的：硅光电二极管是最基本的光生伏特器件，掌握了光电二极管的基本特性参数及其测量方法对学习其他光伏器件十分有利。

通过该实验，要熟悉光电二极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性。

2. 实验仪器：① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台； ② LED 光源1个； ③ 光电二极管1只；④ 通用光电器件实验装置2只； ⑤ 通用磁性表座2只； ⑥ 光电器件支杆2只； ⑦ 连接线20条；⑧ 40MHz 示波器探头2条；3. 基本原理：光电二极管是典型的光生伏特器件，它只有一个PN 结。

参考“光电技术”第3章3.1节的内容，光电二极管的全电流方程为I =⎪⎭⎫ ⎝⎛-1kT qUD e I λαλη,e )1(Φe hcq d --- （2.5-1） 式中前一项称为扩散电流，也称为暗电流，用I d 表示；后一项为光生电流，常用I P 表示。

显然，扩散电流I d 与加在光电二极管上的偏置电压U 有关，当U =0时，扩散电流为0。

扩散电流I d 与偏置电压U 的关系为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1kT qUD d e I I （2.5-2） 式中，I D 为PN 结的反向漏电流，与材料中的杂质浓度有关；q 为电子电荷量，k 为波尔兹曼常数，T 为环境的绝对温度。

显然，式（2.5-2）描述了光电二极管的扩散电流与普通二极管没有什么区别。

而与入射辐射有关的电流I p 为 λe,p )1(Φe hcq I d αλη---= （2.5-3）式中， h 为普朗克常数，α为硅材料的吸收系数，d 为光电二极管在光行进方向上的厚度，λ为入射光的波长。

显然，对单色辐射来讲，当光电二极管确定后，上述参数均为常数。

因此，结论为光电二极管的光电流随入射辐射通量Φe ，λ线性变化，式中的负号表明光生电流的方向与扩散电流的方向相反。

图2.5-1 光电二极管偏置电路4. 实验内容：1、 光电二极管光照灵敏度的测量2、 光电二极管伏安特性的测量3、 光电二极管时间响应特性的测量5. 实验步骤：（1）搭建实验电路① 认识光电二极管从外形看，光电二极管、光电三极管和φ5“子弹头”式LED 发光二极管的外形非常相似，它们均有两个电极（管脚），且，一长一短，较长电极定义为正极，较短电极为负极。

二极管及其应用二极管的符号依据半导体的物理原理，可从理论上分析得到PN结的伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即：IS为反向饱和电流UT为温度的电压当量，在常温（300K）下，UT=26mV。

当U0时，且UUT,则电流I与U基本成指数关系。

当U0时，且UUT,则电流I=-IS1. 最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

2. 反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半。

二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。

3. 反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。

反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。

硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。

4 最高工作频率fM是二极管工作的上限频率。

它主要由PN结的结电容大小打算。

信号频率超过此值时，二极管的单向导电性将变差。

应当指出，由于制造工艺的限制，即使是同一型号的器件，其参数的离散性也很大，因此，手册上经常给出参数的范围。

另一方面，器件手册上给出的参数是在肯定测试条件下测得的，若条件转变，相应的参数值也会变化。

影响工作频率的缘由—PN 结的电容效应结论：1. 低频时，因结电容很小，对PN 结影响很小。

高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。

2. 结面积小时结电容小，工作频率高。

整流电路作用:把沟通电转换成脉动直流电。

分类: 半波整流全波整流桥式整流倍压整流1、单相半波整流电路单相半波整流电路如图(a)所示波形图如图（b)所示。

(a)电路图(b)波形图依据图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。

负载上输出平均电压为流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压2、桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路（2）工作原理：u2正半周时:D1 、D3导通，D2、D4截止u2负半周时：D2、D4 导通，D1 、D3截止（3）主要参数：输出电压平均值:Uo=0.9u2输出电流平均值:Io=Uo/Ro=0.9u2 / RL流过二极管的平均电流:ID=Io/2二极管承受的最大反向电压: 电容滤波1.电路和工作原理V 导通时给C 充电，V 截止时C 向RL 放电；滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。

光敏传感器的光电特性研究(FB815型光敏传感器光电特性实验仪)凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量,如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。

光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。

光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射现象,则称为外光电效应或光电子发射效应。

基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

另一种现象是电子并不逸出材料表面的,则称为是内光电效应。

光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。

好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。

因此也是属于内光电效应范畴,本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。

通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。

【实验原理】1．光电效应:(1）光电导效应:当光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。

它是一种内光电效应。

光电导效应可分为本征型和杂质型两类。

前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。

杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。

杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。

(２)光生伏特效应:在无光照时,半导体PN结内部有自建电场。

当光照射在PN结及其附近时,在能量足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。

光电二极管伏安-回复光电二极管伏安特性及其应用光电二极管（Photodiode），是一种特殊的二极管，能够将光能转化为电能。

通过改变光照强度，光电二极管的电流和电压也会相应变化。

这种特性被称为光电二极管的伏安特性，即光电二极管的工作电流与其工作电压之间的关系。

光电二极管伏安特性的研究与应用已经广泛应用于光电子学、通信、光电转换等领域。

首先，我们将从光电二极管的基本结构开始解释其伏安特性。

光电二极管主要由P型和N型半导体材料组成，介壳中夹有一层能够吸收光能的材料。

当光照射到光电二极管的PN结时，光能被吸收并激发带电粒子通过PN 结。

这会导致PN结处形成一个电压，并改变其电流流动的方向。

因此，光电二极管的伏安特性可以通过测量其工作电流与工作电压的关系来描述。

其次，我们需要了解光电二极管的工作原理。

当光照强度变化时，PN结会产生额外的载流子（电子和空穴），进而改变芯片导通与截止状态之间的电流和电压。

一般情况下，光电二极管被连接在反向电压下工作，这样在某个光照强度下，光电二极管会产生一个稳定的工作电流。

当光照强度增大，光电二极管的工作电流也会相应增大；当光照强度减小，光电二极管的工作电流会相应减小。

基于光电二极管的伏安特性，我们可以将其应用于多种领域。

首先是光通信领域。

由于光电二极管能够将光信号转换为电信号，因此在光通信中广泛使用。

通过测量接收光电子的伏安特性，我们能够确定接收到的光信号的强度，从而实现信息的传输。

其次，光电二极管广泛应用于光电转换。

例如，在太阳能板中，光电二极管将光能转化为电能，从而实现太阳能的利用和存储。

此外，在摄像机、照相机等设备中，光电二极管被用于感光元件，通过测量伏安特性来捕捉图像。

此外，光电二极管还可以应用于环境监测和光学传感器等领域。

通过测量光电二极管的伏安特性，我们可以确定光照强度的变化，从而实现对环境中光照强度的检测和控制。

在光学传感器中，利用光电二极管的伏安特性，我们能够感知物体的距离、颜色以及反射率等特征，从而实现对目标物体的探测和识别。

实验20 半导体光电二极管伏安特性的测定半导体光电二极管在光测技术、光纤通信、自动检测和自动控制等技术领域中应用十分广泛。

了解光电二极管结构、工作原理、伏安特性及其测量技术，是学习和掌握近代科学技术必不可少的基础知识。

熟悉光电二极管的基本性能和掌握它在光电转换技术中的正确使用方法可为今后在科研设计中使用半导体光电二极管打下一定基础． 【实验目的】了解光电二极管结构及工作原理 熟悉光电二极管的基本性能 学习光电二极管伏安特性的测量技术 了解光电二极管在光电转换技术中的正确使用方法 【实验仪器】：MOE--A 型光电二极管伏安特性测试仪 电阻箱 电阻 导线等 【实验原理】：1. 半导体光电二极管的结构及工作原理半导体光电二极管除与普通的半导体二极管一样，具有一个 p-n 结外，表现还在其管壳上有一个能让光照射入其光敏区的窗口。

与普通二极管不同，它经常图1 光电二极管的结构及工作方式工作在反向偏置电压状态（如图1a 所示）或无偏压状态（如图1b 所示）。

在反偏电压状态下，p-n 结的空间电荷区的势垒增高、宽度加大、结电阻增加、结电容减小，所有这些均有利于提高光电二极管的高频响应性能。

无光照射时，反向偏置的p-n 结只有很小的反向漏电流，称为暗电流。

当有光子能量大于p-n 结半导体材料的带隙宽度Eg 的光波照射到光电二极管的管芯时，p-n 结各区域中的价电子吸收光能后将挣脱价键的束缚而成为自由电子，与此同时也产生一个自由空穴，这些由光照产生的自由电子空穴对统称为光生载流子。

在远离空间电荷区（亦称耗尽区）的p 区和n 区内，电场强度很弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉，故不能形成光电流。

形成光电流的主要靠空间电荷区的光生载流子，因为在空间电荷区内电场很强，在此强电场作用下，光生自由电子空穴对将以很高的速度分别向n 区和p 区运动，并很快越过这些区域到达电极沿外电路闭合形成光电流，光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的p-n 结中，增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。

光电二极管伏安
光电二极管的伏安特性指的是在二极管两端加电压时，通过二极管的电流与所加电压的关系。

关系用曲线表示，则称为伏安特性曲线。

具体特性如下：
1. 当二极管外加正向很小时，正向电流很微弱。

只有当正向电压超过某值后，正向电流明显增大，这一电压称为导通电压或门限电压，用UTH表示。

在室温下，硅管的UTH=0.5～0.6V，锗管的UTH=0.1～0.2V。

2. 当二极管两端加上反向电压时，只有极微弱反向电流通过。

在温度一定情况下，反向电压值变化时，反向电流基本不变，所以，常称之为反向饱和电流，记作IS。

小功率硅管的Is一般小于0.1μA，而锗管约几个微安。

3. 当反向电压达到某值时，4中达到约－50V时，二极管进入反向击穿状态。

此时，uD只要有一点点变化，电流值就会迅速变大。

光电二极管摘要：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。

通过实验的方法测量出光电二极管的主要的特性和技术参数，最高反向工作电压、暗电流、光电流、光谱特性等。

分析其特性及技术参数。

关键词：光电二极管特性技术参数分析一光电二极管的工作原理：光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。

它的核心部分也是一个PN 结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN 结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN 结的结深很浅，一般小于1微米。

光电二极管是在反向电压作用之下工作的。

没有光照时，反向电流很小 (一般小于0.1 微安)，称为暗电流。

当有光照时，携带能量的光子进入PN 结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子--- 空穴对，称为光生载流子。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。

这种特性称为“光电导” 。

光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。

如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。

光电二极管和普通二极管一样具有一个PN 结，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，在电路图中文字符号一般为VD 。

光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。

光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。

同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。

二光电二极管的种类、特性与用途：1 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。

光电二极管武汉搏盛科技有限公司陈帅电话：027-******** 159********QQ：1371029437以光导模式工作的结型光伏探测器称为光电二极管种类：PN结型光电二极管（也称PD）PIN结型光电二极管雪崩光电二极管（记为APD）肖特基势垒光电二极管光电三极管……定义：•制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。

•由于硅器件较之锗器件暗电流温度系数小得多•制作硅器件采用平面工艺使其管芯很容易精确控制因此硅光电二极管得到广泛应用3硅光电二极管的结构硅光电二极管的两种典型结构，其中(a)是采用N型单晶硅和扩散工艺，称为p＋n结构。

它的型号是2CU型。

而(b)是采用P型单晶和磷扩散工艺，称n＋p结构。

它的型号为2DU型。

2CU型2DU型p+n结构硅光电二极管(2CU)反向电压偏置56硅光电二极管的封装光敏二极管光敏二极管的反向偏置接线及光照特性示意图•在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。

当光照增加时，光电流I Φ与光照度成正比关系。

光敏光敏二极二极管的反向偏置接法R L 光照光敏二极管外形包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。

硅光电二极管的特性1.光谱特性2.伏安特性3.频率特性4.温度特性（1）光谱响应特性通常将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度。

硅光电二极管的电流响应率通常在0.4~05µA/µWSi光电二极管光谱响应范围：0.4~1.1µm峰值响应波长约为0.9 µm（2）伏安特性由图可见，在低反压下电流随光电压变化非常敏感。

这是由于反向偏压增加使耗尽层加宽、结电场增强，它对于结区光的吸收率及光生裁流子的收集效率影响很大。

当反向偏压进一步增加时，光生载流子的收集已达极限，光电流就趋于饱和。

这时，光电流与外加反向偏压几乎无关，而仅取决于入射光功率。

光电二极管在较小负载电阻下，入射光功率与光电流之间呈现较好的线性关系。

实验五APD光电二极管特性测试一、实验内容1、学习掌握APD光电二极管的工作原理2、学习掌握APD光电二极管的基本特性3、掌握APD光电二极管特性测试方法4、了解APD光电二极管的基本应用二、实验目的1、APD光电二极管暗电流测试实验2、APD光电二极管光电流测试实验3、APD光电二极管伏安特性测试实验4、APD光电二极管雪崩电压测试实验5、APD光电二极管光电特性测试实验6、APD光电二极管时间响应特性测试实验7、APD光电二极管光谱特性测试实验三、实验器材1、光电探测综合实验仪1个2、光通路组件1套3、光照度计1台4、光敏电阻及封装组件1套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9、示波器1台四、实验原理雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。

雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。

当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。

碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。

图6-1为APD的一种结构。

外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。

APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。

图4的结构为拉通型APD的结构。

从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P 区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。