日期：2022-12-02
光電二極管是一種具有 PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件，可將光子(或光)轉(zhuǎn)換為電流。P層有豐富的空穴(正)，N層有豐富的電子(負(fù))。光電二極管可由多種材料制造，包括但不限于硅、鍺和砷化銦鎵。每種材料都使用不同的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)成本效益、提高靈敏度、波長(zhǎng)范圍、低噪聲水平，甚至響應(yīng)速度。顯示了典型光電二極管的橫截面。耗盡區(qū)由電子從N層擴(kuò)散到P層和空穴從P層擴(kuò)散到N層形成。這在兩層之間創(chuàng)建了一個(gè)不存在自由載流子的區(qū)域。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)置電壓以在耗盡區(qū)產(chǎn)生電場(chǎng)。這允許電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)(陽(yáng)極到陰極)。光電二極管可以正向偏置，但產(chǎn)生的電流將沿相反方向流動(dòng)。這就是為什么大多數(shù)光電二極管被反向偏置或根本沒(méi)有偏置的原因。一些光電二極管不能在沒(méi)有。
光敏二極管一、損壞的情況下正向偏置
如果光子有足夠的能量，光子可以撞擊設(shè)備內(nèi)的原子并釋放電子。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)(e- 和 h+)，其中空穴只是電子的“空白空間”。如果光子在 P 層或 N 層中被吸收，如果電子空穴對(duì)距離耗盡區(qū)足夠遠(yuǎn)(至少一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度)，它們將在材料中重新組合為熱。在耗盡區(qū)(或附近)吸收的光子將產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)將由于電場(chǎng)而移動(dòng)到相反的兩端。電子將向陰極上的正電位移動(dòng)，而空穴將向陽(yáng)極上的負(fù)電位移動(dòng)。這些移動(dòng)的電荷載流子在光電二極管中形成電流(光電流)。圖1顯示了光電二極管的不同層(PN 結(jié))以及頂部和底部的多個(gè)連接點(diǎn)。
光敏二極管二、關(guān)鍵性能規(guī)格
有四個(gè)主要參數(shù)用于選擇正確的光電二極管以及是否對(duì)光電二極管進(jìn)行反向偏置。光電二極管的響應(yīng)(速度/時(shí)間)由 PN 結(jié)的電容決定。這是電荷載流子穿過(guò) PN 結(jié)所需的時(shí)間。這直接受耗盡區(qū)寬度的影響。響應(yīng)度是入射光產(chǎn)生的光電流與入射光功率之比。這通常以 A/W(電流超過(guò)功率)為單位表示。光電二極管的典型響應(yīng)曲線將顯示 A/W 作為波長(zhǎng)的函數(shù)。這稱為量子效率。
光敏二極管三、電流
暗電流是沒(méi)有入射光時(shí)光電二極管中的電流。這可能是光電二極管系統(tǒng)中的主要噪聲源之一。來(lái)自背景輻射的光電流也可以包含在該測(cè)量中。光電二極管通常放置在不允許任何光線照射到光電二極管的外殼中以測(cè)量暗電流。由于光電二極管產(chǎn)生的電流可能非常小，暗電流水平會(huì)掩蓋在低光照水平下入射光產(chǎn)生的電流。暗電流隨溫度增加。在沒(méi)有偏置的情況下，暗電流可以非常低。理想的光電二極管不會(huì)有暗電流。擊穿電壓是在漏電流或暗電流呈指數(shù)增加之前可以施加到光電二極管的最大反向電壓。光電二極管應(yīng)在此施加的最大反向偏壓以下運(yùn)行，否則可能會(huì)損壞光電二極管。擊穿電壓隨溫度升高而降低。
光敏二極管四、類型
PN結(jié)：這是最基本的光電二極管。PN 結(jié)光電二極管如何工作的物理原理已在前面進(jìn)行了回顧。PIN 和 APD 光電二極管是 PN 結(jié)的變體。耗盡區(qū)包含很少的自由電荷載流子，耗盡區(qū)的寬度可以通過(guò)添加電壓偏置來(lái)控制?；?P 和 N 摻雜材料，通過(guò)光電二極管的電流只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。如果反向偏置，電流將不會(huì)流過(guò)光電二極管，而入射光不會(huì)產(chǎn)生光電流。
光敏二極管五、PIN光電二極管
PIN 光電二極管類似于 PN 結(jié)，但有一個(gè)主要區(qū)別。不是將 P 層和 N 層放置在一起以創(chuàng)建耗盡區(qū)，而是將本征層放置在兩個(gè)摻雜層之間。該層如圖 2所示。該本征層具有高電阻并增加光電二極管中的電場(chǎng)強(qiáng)度。增加本征層有很多好處，因?yàn)楹谋M區(qū)大大增加。結(jié)的電容減小，因此光電二極管的速度增加。增加的層還允許更大體積的光子到電子-空穴的轉(zhuǎn)換和更高的量子效率。
光敏二極管六、光導(dǎo)模式反向偏置
當(dāng)光電二極管反向偏置時(shí)，外部電壓被施加到 PN 結(jié)。負(fù)極接正極P層，正極接負(fù)極N層。這導(dǎo)致 N 層中的自由電子被拉向正極端子，而 P 層中的空穴被拉向負(fù)極端子。當(dāng)對(duì)光電二極管施加外部電壓時(shí)，自由電子從負(fù)極開(kāi)始，立即用電子填充 P 層中的空穴。這會(huì)在具有額外電子的原子中產(chǎn)生負(fù)離子。然后帶電原子阻止自由電子流向 P 層。類似地，空穴進(jìn)行相同的過(guò)程以產(chǎn)生正離子，但方向相反。當(dāng)反向偏置時(shí)，反向偏壓導(dǎo)致耗盡區(qū)的電位增加，耗盡區(qū)的寬度增加。這是創(chuàng)建大面積以吸收最大數(shù)量的光子的理想選擇。通過(guò)增加耗盡層的尺寸，反向偏壓可以減少響應(yīng)時(shí)間。這種增加的寬度會(huì)降低結(jié)電容并增加光電二極管中載流子的漂移速度。減少了載體的運(yùn)輸時(shí)間，提高了響應(yīng)時(shí)間。
光敏二極管七、與激光二極管集成
監(jiān)控光電二極管通常由激光二極管制造商集成到激光二極管封裝中。它產(chǎn)生與輸出激光二極管光功率部分成比例的電流。如果光電二極管電流用作反饋，控制系統(tǒng)將嘗試保持光電二極管電流(以及因此激光二極管的光功率)恒定?？烧{(diào)電流源的輸出會(huì)發(fā)生變化以保持光功率水平相同(這稱為恒定功率 (CP) 模式)。光電二極管電流和激光二極管輸出功率與激光二極管數(shù)據(jù)表中給出的傳遞函數(shù)相關(guān)。
以上就是關(guān)于光敏二極管基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)的分享，相信大家在看了以上的總結(jié)之后，也已經(jīng)對(duì)這方面的知識(shí)有了一定的了解，想要了解更多關(guān)于光敏二極管以及紅外對(duì)管的知識(shí)資訊，可以前往官網(wǎng)的客服進(jìn)行咨詢。
關(guān)注微信
技術(shù)支持：百川互聯(lián) Copyright@ 2019 深圳成光興光電技術(shù)股份有限公司 粵ICP備15026167號(hào)-1
