日期：2023-08-15
光電二極管是用于將光轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體。也稱(chēng)為光電探測(cè)器、光傳感器或光探測(cè)器，它們由于其特定的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)而能夠執(zhí)行此功能。光電二極管最基本、最重要的部分之一是 pn 結(jié)。這是兩層半導(dǎo)體材料之間的空間，p 型層具有大量空穴，而 n 型層充滿(mǎn)電子。盡管光電二極管有多種類(lèi)型，但這是器件設(shè)計(jì)的一致元素，通常稱(chēng)為耗盡層。當(dāng)設(shè)備沒(méi)有檢測(cè)到光時(shí)，設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的電流非常少(通常接近于零)。這被稱(chēng)為光電二極管的“暗電流”，并且會(huì)隨著設(shè)備靈敏度的增加而減少。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到光能(通常高于稱(chēng)為帶隙的特定設(shè)定水平)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的空穴和電子，從而在 pn 結(jié)中產(chǎn)生電流。
光敏二極管一、反向偏置電源
光電導(dǎo)模式是指向器件施加反向偏置電源，增加光電二極管的耗盡面積、暗電流和響應(yīng)速度，同時(shí)減小其結(jié)電容設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)是光電二極管與光電晶體管之間的主要區(qū)別。具體來(lái)說(shuō)，這兩種設(shè)備之間的主要區(qū)別是：光電晶體管具有三層材料而不是兩層，形成兩個(gè) pn 結(jié)，光電二極管只有兩個(gè)端子，而光電晶體管最多可以有三個(gè)，光電晶體管只能在正向偏壓模式下使用，而光電二極管可以在反向偏壓下工作，光電晶體管必須連接到電源才能工作，而光電二極管則不需要，光電二極管產(chǎn)生電流和電壓，而光電晶體管僅產(chǎn)生電流，這意味著光電晶體管不是將光轉(zhuǎn)化為電，而是用作光傳感器，使其適合煙霧探測(cè)器或遙控器等應(yīng)用。
光敏二極管二、有什么用途?
光電二極管的主要應(yīng)用是能源生產(chǎn)系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池和檢測(cè)光源的亮度。然而，光電二極管器件還有其他特定用途，包括：火災(zāi)和煙霧探測(cè)器、醫(yī)療設(shè)備，包括分析樣本和監(jiān)測(cè)血?dú)獾脑O(shè)備，精確的光測(cè)量裝置。在反向偏置的光電二極管中，空穴向陽(yáng)極移動(dòng)，電子向陰極移動(dòng)，從而在耗盡區(qū)產(chǎn)生電流。隨著光亮度的增加，設(shè)備中的電流也會(huì)增加。根據(jù)光電二極管的具體要求或設(shè)計(jì)，該器件將以光伏或光電導(dǎo)模式運(yùn)行：光伏模式是指沒(méi)有外部電壓施加到設(shè)備上，這意味著它沒(méi)有偏置。因此，當(dāng)光照射到器件上時(shí)，電子向陰極空穴移動(dòng)到陽(yáng)極，在耗盡區(qū)產(chǎn)生電流。
光敏二極管三、光通信
相機(jī)控制，例如快門(mén)和閃光燈，為什么光電二極管有反向偏置?光電二極管電路和器件在正向和反向偏置下工作。當(dāng)施加電壓使得正極端子連接到p型并且負(fù)極端子連接到n型時(shí)，發(fā)生正向偏壓。在光電導(dǎo)模式下，光電二極管以相反方向的反向偏壓工作。當(dāng)將外部電源連接到光電二極管器件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向偏壓，其中負(fù)極端子位于 p 型層上，正極端子位于 n 型層上。在反向偏壓模式下，當(dāng)電源打開(kāi)并且光電二極管檢測(cè)到光時(shí)，來(lái)自 n 型層的電子被拉向正極端子，而空穴從 p 型層被拉向負(fù)極端子。這會(huì)導(dǎo)致耗盡層增加，降低結(jié)電容，但能夠吸收更多光子。
光敏二極管四、光傳感器
正向偏壓允許更多的電子和空穴流過(guò)pn結(jié)，而反向偏壓則增加耗盡區(qū)的寬度，使光電二極管對(duì)光更加敏感。這意味著正向偏壓模式對(duì)光的敏感度低于反向偏壓模式。因此，正向偏置模式通常用于需要快速響應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用中。例如，發(fā)光二極管 (LED) 和光學(xué)傳感器。反向偏置光電二極管對(duì)于光檢測(cè)和測(cè)量特別有用，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生與入射光強(qiáng)度成正比的光電流。當(dāng)用于高速和高靈敏度至關(guān)重要的情況(例如光伏電池和光傳感器)時(shí)，它是最有益的。簡(jiǎn)而言之，正向偏置和反向偏置之間的主要區(qū)別在于，在前者中，所提供的電壓使電流能夠自由流過(guò)二極管。在后者中，所提供的電壓限制電流。例如，可以在光伏電池中使用反向偏壓功能，使得電壓和電流能夠與曝光量成正比地增加或減少。如果在這種情況下使用正向偏置函數(shù)，則曝光后的增加將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這意味著對(duì)電流和電壓的控制較少。
光敏二極管五、PIN光電二極管
除了標(biāo)準(zhǔn) p 型和 n 型層之外，PIN 光電二極管在結(jié)構(gòu)中間還有一個(gè)本征半導(dǎo)體層。這使得這些器件中的耗盡層比其他光電二極管更寬。這有助于捕獲更多光子能量并將其轉(zhuǎn)換為耗盡層中的電子空穴對(duì)。這意味著與其他器件相比，PIN 光電二極管具有顯著的帶寬和快速的響應(yīng)速度。因此，它們通常用于光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、X 射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)檢測(cè)以及光電探測(cè)器。肖特基光電二極管。
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