《光电二极管》 (2)ppt课件

1、 或 光 输 入 - + UR 输 出 a b 光电二极管外形、符号与光电特性的丈量电路 典型的硅光电二极 管光谱呼应长波限为 1.1m左右，短波限 接近0.4m，峰值呼 应波长为0.9m左右。 有光有光 光电接纳二极管光电接纳二极管 反偏形状反偏形状 光电流恒流光电流恒流 光电流与照度线性关光电流与照度线性关 系系 无光无光 暗电流暗电流 普通二极管任务在正向电压大于普通二极管任务在正向电压大于0.7V的情况下，而光电的情况下，而光电 二极管那么必需任务在二极管那么必需任务在0.7V以下以下 在光电技术中常采用 重新定义电流与电压正方 向的方法把特性曲线旋转 成如图3-4所示。重新定 义的电

2、流与电压的正方向 与PN结内建电场的方向一 样。 22 (216) 1 1 (217) 1 1 (218) 1 pLp L Lj j L p L Lj Lp IR I U jw R C jw C R I I jw R C II pL II 2 1 光电二极管的噪声包含：低频噪声Inf、散粒噪声Ins 和热噪声InT等3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管 的主要噪声，低频噪声和热噪声为其次要要素。 散粒噪声是由于电流在半导体内的散粒效应引起的， 它与电流的关系 2 ns 2(220)IeI f 光电二极管的电流应包括暗电流Id、信号电流Is和背 景辐射引起的背景光电流Ib，因此散粒噪声应为 2

3、nsdSb 2 () fIq III 根据电流方程，并思索反向偏置情况，光电二极 管电流与入射辐射的关系 ，得到 2 2 sb nsd 2() 2 hc q IfqIf 再思索负载电阻RL的热噪声： 2 2 sb nd L 2()4 2 hc qKT f IfqIf R 目前，用来制造PN结型光电二极管的半导体资料 主要有硅、锗、硒和砷化镓等，用不同资料制造的光 电二极管具有不同的特性。 L 4 221 KT f R PIN硅光电二极管 雪崩二极管 1). 结结 构构 图a在P型硅基片上分散杂质浓度大的N+层，制成P型N构造； 图b)在N型硅基片上分散杂质浓度大的P+层，制成N型P构造的雪崩

4、光电二极管； 图(C) PIN型雪崩光电二极管。 由于PIN型光电二极管在较高的反向偏置电 压的作用下耗尽区扩展到整个PN结结区，构 本钱身维护具有很强的抗击穿功能，因 此， PIN型雪崩光电二极管不用设置维护环。 市场上的型雪崩光电二极管根本上 都是PIN型雪崩光电二极管。 雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。 它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生的雪崩 效应获得光电流的增益。 电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子 数，这时雪崩光电二极管的输出电流迅速添加，其电流 倍增系数M定义为 0 1 225 1 ( /)n B I M Iu u 式中，I为倍增输出的电流，I0

5、为倍增前输出的电流。 雪崩倍增系数M与碰撞电离率有亲密的关系。碰撞电离 率表示一个载流子在电场作用下，漂移单位间隔所产生的 电子空穴对数目。实践上电子电离率n和空穴电离率p 是不完全一样的，它们都与电场强度有亲密关系。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 m b -() E Ae 式中,A、b、m都为与资料有关系数。 假定=时，可以推导出倍增系数与电离率的关系为 np D x 0 d1 1 M x XD为耗尽层的宽度。上式阐明，当 1d D x 0 x 时， M 。发生雪崩击穿的条件。 在强电场作用下，当经过耗尽区的每个载流子平均 能产生一对电子空穴时，就发生雪崩击穿景象。当

6、 M时，PN结上所加的反向偏压就是雪崩击穿电压 UBR。 实验发现，在略低于击穿电压时， 也发生雪崩倍增景象，不过M较小， 这时M随反向偏压U的变化可用阅历公 式近似表示 n BR) /(1 1 UU M 从图3-8所示的伏-安特性曲 线可以看出，在雪崩击穿点附近 电流随偏压变化的曲线较陡，当 反向偏压有较小变化时，光电流 将有较大变化。 由于雪崩光电二极管中载流子的碰撞电离是不规那么 的，碰撞后的运动方向更是随机的，所以它的噪声比普通 光电二极管要大些。在无倍增的情况下，其噪声电流主要 为散粒噪声。当雪崩倍增M倍后，雪崩光电二极管的噪声电 流的均方根值可近似由下式计算。 2n n 2 ()227 dp Ie IIMf 式中指数