光电子器件-第二章结型光电探测器课件.ppt

第2章结型光电探测器2.1、光伏效应光照零偏pn结产生开路电压的效应2.2.硅光电池1.用途a.作光电探测器使用红外辐射探测器光电读出光电耦合b.作为电源使用人造卫星野外灯塔微波站§2.2光电池1.硅光电池的基本结构和工作原理2.硅光电池工作原理从曲线可以看出负载电阻RL所获得的功率为PL=ILU（3-17）其中光电池输出电流IL应包括光生电流IP、扩散电流与暗电流等三部分即－－光电池的输出短路电流0.60.6相对灵敏度/％硒光电池4.光电池的光电转换效率2.3光电二极管外形光电二极管的伏安特性国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底2DU系列以P-Si为衬底2CU系列光电二极管只有两个引出线而2DU系列光电二极管有三条引出线除了前极、后极外还设了一个环极。硅光电二极管结构示意图2DU管加环极的目的是为了减少暗电流和噪声。2.4其他类型的光生伏特器件入射光照射在P层上由于P层很薄大量的光被较厚的I层吸收激发较多的载流子形成光电流；又PIN结光电二极管比PN结光电二极管施加较高的反偏置电压使其耗尽层加宽。当P型和N型半导体结合后在交界处形成电子和空穴的浓度差别因此N区的电子要向P区扩散P区空穴向N区扩散。P区一边失去空穴留下带负电的杂质离子N区一边失去电子留下带正电的杂质离子在PN交界面形成空间电荷即在交界处形成了很薄的空间电荷区在该区域中多数载流子已扩散到对方而复合掉即消耗尽了耗尽层的电阻率很高。扩散越强耗尽层越宽PN结内电场越强加速了光电子的定向运动大大减小了漂移时间因而提高了响应速度。PIN结光电二极管仍然具有一般PN结光电二极管的线性特性最大特点：频带宽可达10GHz。另一个特点是因为I层很厚在反偏压下运用可承受较高的反向电压线性输出范围宽。由耗尽层宽度与外加电压的关系可知增加反向偏压会使耗尽层宽度增加从而结电容要进一步减小使频带宽度变宽。不足：I层电阻很大管子的输出电流小一般多为零点几微安至数微安。目前有将PIN管与前置运算放大器集成在同一硅片上并封装于一个管壳内的商品出售。PIN管雪崩光电二极管当电压等于反向击穿电压时电流增益可达106即产生所谓的自持雪崩。这种管子响应速度特别快带宽可达100GHz是目前响应速度最快的一种光电二极管。噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。由于雪崩反应是随机的所以它的噪声较大特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时噪声可增大到放大器的噪声水平以至无法使用。雪崩式光电二极管（APD）雪崩光敏二级管（APD）2.工作原理雪崩倍增系数M与碰撞电离率有密切的关系。碰撞电离率表示一个载流子在电场作用下漂移单位距离所产生的电子—空穴对数目。实际上电子电离率α和空穴电离率α是不完全一样的它们都与电场强度有密切关系。由实验确定电离率与电场强度E可以近似的写成以下关系在强电场作用下当通过耗尽区的每个载流子平均能产生一对电子—空穴时就发生雪崩击穿现象。当M—∞时PN结上所加的反向偏压就是雪崩击穿电压UBR。3.噪声特点雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。这种管子工作电压很高约100～200V接近于反向击穿电压。结区内电场极强光生电子在这种强电场中可得到极大的加速同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。因此这种管子有很高的内增益可达到几百。当电压等于反向击穿电压时电流增益可达106即产生所谓的雪崩。这种管子响应速度特别快带宽可达100GHz是目前响应速度最快的一种光电二极管。噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。由于雪