日期：2022-02-23
光敏二極管是一種將光轉(zhuǎn)換為電流的半導(dǎo)體 p - n結(jié)器件。當(dāng)光子被光敏二極管吸收時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流。光敏二極管可能包含濾光片、內(nèi)置透鏡，并且可能具有大或小表面積。隨著表面積的增加，光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間通常會(huì)變慢。用于產(chǎn)生電力太陽(yáng)能的常見(jiàn)傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池是大面積光敏二極管。
光敏二極管一、半導(dǎo)體二極管
光敏二極管類似于常規(guī)半導(dǎo)體二極管，不同之處在于它們可以暴露在外(用于檢測(cè)真空紫外線或X 射線)或封裝有窗口或光纖連接，以允許光線到達(dá)設(shè)備的敏感部分。許多專門設(shè)計(jì)用作光敏二極管的二極管使用PIN 結(jié)而不是p-n 結(jié)，以提高響應(yīng)速度。光敏二極管設(shè)計(jì)為在反向偏置下工作。
光敏二極管二、工作原理
光敏二極管是PIN 結(jié)構(gòu)或p-n 結(jié)。當(dāng)一個(gè)足夠能量的光子撞擊二極管時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。這種機(jī)制也稱為內(nèi)光電效應(yīng)。如果吸收發(fā)生在結(jié)的耗盡區(qū)，或距離它一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度的地方，這些載流子會(huì)被耗盡區(qū)的內(nèi)置電場(chǎng)從結(jié)掃出。因此空穴向陽(yáng)極移動(dòng)，電子向陰極移動(dòng)，產(chǎn)生光電流。被生產(chǎn)。通過(guò)光敏二極管的總電流是暗電流(在沒(méi)有光的情況下產(chǎn)生的電流)和光電流的總和，因此必須最小化暗電流以最大限度地提高器件的靈敏度。首先，對(duì)于給定的光譜分布，光電流與輻照度成線性比例。
光敏二極管三、光電導(dǎo)模式
在光電導(dǎo)模式中，二極管是反向偏置的，也就是說(shuō)，陰極相對(duì)于陽(yáng)極被驅(qū)動(dòng)為正。這減少了響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)轭~外的反向偏壓增加了耗盡層的寬度，從而降低了結(jié)的電容并增加了電場(chǎng)區(qū)域，這將導(dǎo)致電子被快速收集。反向偏壓也會(huì)產(chǎn)生暗電流，而光電流沒(méi)有太大變化。雖然這種模式速度更快，但由于暗電流或雪崩效應(yīng)，光電導(dǎo)模式會(huì)表現(xiàn)出更多的電子噪聲。良好 PIN 二極管的漏電流非常低 (<1 nA)，以至于典型電路中負(fù)載電阻 的約翰遜-奈奎斯特噪聲通常占主導(dǎo)地位。
光敏二極管四、光伏模式
在光伏模式(零偏壓)下，光電流通過(guò)與陰極的短路從陽(yáng)極流出。如果電路開(kāi)路或有負(fù)載阻抗，限制了器件的光電流，則電壓會(huì)在正向偏置二極管的方向上建立，即陽(yáng)極相對(duì)于陰極為正。如果電路短路或阻抗低，正向電流將消耗全部或部分光電流。這種模式利用了光伏效應(yīng)，這是太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)——傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池只是一個(gè)大面積的光敏二極管。為獲得最佳功率輸出，光伏電池將在與光電流相比僅產(chǎn)生小的正向電流的電壓下運(yùn)行。
光敏二極管五、相關(guān)設(shè)備
雪崩光敏二極管是具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)的光敏二極管，可在高反向偏壓下工作，接近反向擊穿電壓。這允許每個(gè)光生載流子乘以雪崩擊穿，從而在光敏二極管內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部增益，從而提高器件的有效響應(yīng)度。
光敏二極管六、光電晶體管
光電晶體管是一種光敏晶體管。一種常見(jiàn)的光電晶體管，雙極型光電晶體管，本質(zhì)上是一個(gè)封裝在透明外殼中的雙極型晶體管，因此光可以到達(dá)基極-集電極結(jié)。它是1948 年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的John N. Shive博士(以他的造波機(jī)而聞名)發(fā)明的: 205?，但直到 1950 年才公布。由基體中的光子產(chǎn)生的電子——集電極結(jié)被注入基極，這個(gè)光敏二極管電流被晶體管的電流增益 β(或 h fe)。如果使用基極和集電極引線并且發(fā)射極不連接，則光電晶體管變成光敏二極管。
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