日期：2023-05-08
光敏二極管定義——一種用作光電探測器的半導體二極管。光電二極管的用途是將能量從光子轉(zhuǎn)換成電流。當光子的能量被半導體表面吸收時，就會產(chǎn)生電流。在沒有光源參與的情況下，也會產(chǎn)生微不足道的電流。增加光電二極管的吸收面積會增加光的吸收，但也會增加響應時間，即產(chǎn)生強度的時間。它的電氣特性取決于照亮它的光輻射。由于其具有透明窗口的特征外殼，很容易在其他半導體二極管中識別出該元件。內(nèi)部光電二極管組件構(gòu)造基于
pn 結(jié)或 pin 結(jié)構(gòu)(pin-在兩個 pn 摻雜半導體晶體之間具有本征或未摻雜層)。
光敏二極管一、工作原理
當光電二極管被光子(光)照射時，能量被傳送到光敏二極管結(jié)——發(fā)生少數(shù)載流子的注入，其中產(chǎn)生空穴和電子對。它會導致電流的產(chǎn)生，電流與“施加”在光電二極管上的光通量成正比(光電效應)。流過結(jié)的總電流是兩個分量的總和：飽和電流(暗電流)和取決于照明強度的電流。自由電子被 n 型區(qū)域邊界上的帶正電粒子吸引，而空穴則滲透到 p 型區(qū)域中。
光敏二極管二、運作模式
光伏模式(無偏置模式) ——光電二極管充當電流源。當它的結(jié)被光子照亮時，它會產(chǎn)生 EMF(電動勢)，也就是電流。這種現(xiàn)象稱為光伏現(xiàn)象，它是太陽能電池的基礎。我們可以說，典型的太陽能電池只是一個更大的光電二極管，光電導模式 (反向偏置模式) ——通常，反向電壓被施加到光電二極管(陰極相對于陽極的反向偏置)以加寬耗盡層，從而降低結(jié)的電容。(如果您對我在說什么感到困惑，請查看這篇關于半導體二極管內(nèi)部構(gòu)造的文章。)在沒有組件照明的情況下，所謂的暗電流流動，其值較低。此外，反向偏置對暗電流也有影響。點亮后，少數(shù)載流子數(shù)量增加，導致反向電流增加。
光敏二極管三、電壓特性
觀察光敏二極管的電流-電壓特性時，觀察坐標系不同象限的波形。第三個四分之一特性顯示了光電二極管作為光電探測器(光傳感器)的用途。它對應于 pn 結(jié)的電流飽和度。然而，在四分之一特性中，光電二極管用作光輻射轉(zhuǎn)換器——太陽能電池。如果電流不流過發(fā)光二極管，則端子上產(chǎn)生的電壓稱為光伏電壓。太陽能電池通常用于電氣設備電源，例如當天氣條件或光線有利于此目的時的衛(wèi)生和電池充電。
光敏二極管四、結(jié)構(gòu)
器件的 PN 連接器放入玻璃材料中。這是為了讓光能通過它。考慮到只有連接器受到輻射，玻璃材料的其他各個部分被涂成黑色或金屬化。通用單元的尺寸非常小，幾乎只有 2.5 毫米。值得記住的是，流過該裝置的電流由微安組成，由電流表確定。
光敏二極管五、如何工作的
表示半導體二極管被能量高于 Eg 帶隙的電磁輻射點亮。當這種輻射在結(jié)的面積電荷區(qū)和/或結(jié)兩側(cè)鄰近該區(qū)域的材料中被吸收時，產(chǎn)生的電子-空穴組被結(jié)的電場分開。少數(shù)載體特別重要。如果接頭的外部電路短路，這些載體會向接頭移動并產(chǎn)生增加的反向電流。如果關節(jié)是開放的，則可能會在關節(jié)的末端出現(xiàn)區(qū)別。這就是光伏效應：當關節(jié)被點亮時，可以獲得電流或電壓源，即電源。另一方面，多數(shù)載流子的濃度幾乎不會因光的吸收而改變，要發(fā)生光伏現(xiàn)象，必須滿足以下條件。
光敏二極管六、電荷分裂
在輻射的影響下，半導體中應產(chǎn)生冗余的正負電荷載流子;不同指標的冗余載流子應該被一些靜電不均勻性分開。當產(chǎn)生靜電預期區(qū)別時，光電二極管中的電荷分離可以發(fā)生，例如，存在于 pn 結(jié)、金屬-半導體接觸或半導體異質(zhì)結(jié)處。創(chuàng)建的自由載流子必須保持其流動性足夠的時間以達到產(chǎn)生電荷分裂的不均勻性?，F(xiàn)在考慮熱力學平衡的 pn 結(jié)?？傆幸恍┒鄶?shù)載流子電流，稱為電子Ini和空穴Ipi的注入電流，隨結(jié)流動，具有克服結(jié)處勢壘的能力。在相反方向流動的是少數(shù)載流子的熱生成電流：電子 Ingi 空穴 Ipg。下面的數(shù)字對 pn 接頭的帶隙版本進行了編程，并顯示了這些電流的方向。平衡時，兩個電流相互平衡，合成電流為零。當能量大于激發(fā)間隙能量的光子落在結(jié)上時，如前所述，少數(shù)載流子的濃度會大大增加。假設的光生電流出現(xiàn)了。取決于結(jié)點的加載方式，點亮的太陽能電池會產(chǎn)生各種感覺。我們肯定會考慮2種極端情況。
光敏二極管七、暗電阻
的確，即使在非常黑暗的條件下，半導體晶體中也始終存在一些少數(shù)電荷載流子——由于不可避免的污染和晶體的自然熱激發(fā)，半導體晶體中的這些少數(shù)電荷載流子存在。因此，即使在黑暗中，二極管中肯定會有一點點和連續(xù)的反向飽和電流。該電流用于光電二極管，該電流也稱為暗電流。最佳穩(wěn)健反向電壓與光電二極管的暗電流之比稱為該二極管的暗電阻。當我們用光二極管時，反向電流肯定會增強。這種聯(lián)系是線性的。反向電流的值與事件光的強度成正比。如果我們提高光的強度，反向電流大約是一個特定值。電流肯定不會隨著光強的升高而升高。我們稱這個反向電流的最大值為光電二極管的飽和電流。
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