日期：2024-06-19
光敏二極管是一種用于將光轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體。光敏二極管又稱為光電探測(cè)器、光傳感器或光探測(cè)器，它們能夠發(fā)揮這一功能得益于其特殊的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。光敏二極管最基本、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 型層有大量空穴，而 n 型層則充滿電子。雖然光電二極管有多種類型，但這是器件設(shè)計(jì)中一致的元素，通常稱為耗盡層。當(dāng)設(shè)備未檢測(cè)到光時(shí)，設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的電流非常小(通常接近于零)。這被稱為光電二極管的“暗電流”，并且會(huì)隨著設(shè)備靈敏度的提高而減少。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到光能時(shí)(通常高于稱為帶隙的某個(gè)設(shè)定水平)，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生新的空穴和電子，從而在 pn 結(jié)中產(chǎn)生電流。在反向偏置的光敏二極管中，空穴向陽(yáng)極移動(dòng)，電子向陰極移動(dòng)，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。
光敏二極管一、光電導(dǎo)模式
根據(jù)光電二極管的具體要求或設(shè)計(jì)，該設(shè)備將以光伏或光電導(dǎo)模式運(yùn)行：光伏模式是指沒有外部電壓施加到設(shè)備上，這意味著它沒有偏置。因此，當(dāng)光線照射到設(shè)備上時(shí)，電子會(huì)從陰極空穴移動(dòng)到陽(yáng)極，從而在耗盡區(qū)產(chǎn)生電流光電導(dǎo)模式是將反向偏置電源施加到器件上，增加光電二極管的耗盡區(qū)、暗電流和響應(yīng)速度，同時(shí)降低其結(jié)電容
光敏二極管二、用途
光敏二極管的主要應(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，光敏二極管器件還可以應(yīng)用于其他特定用途，包括：火災(zāi)和煙霧探測(cè)，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)量設(shè)備，光通信：相機(jī)控制，例如快門和閃光燈。
光敏二極管三、為何反向偏置
光敏二極管：光敏二極管電路和設(shè)備可在正向偏置和反向偏置下工作。當(dāng)施加電壓時(shí)，正極連接到 p 型，負(fù)極連接到 n 型，就會(huì)發(fā)生正向偏置。在光電導(dǎo)模式下，光電二極管以相反方向的反向偏置運(yùn)行。當(dāng)將外部電源連接到光電二極管裝置時(shí)，就會(huì)發(fā)生反向偏置，其中負(fù)極在 p 型層，正極在 n 型層。在反向偏置模式下，當(dāng)電源打開并且光電二極管檢測(cè)到光時(shí)，n 型層的電子被拉向正極，而 p 型層的空穴被拉向負(fù)極。這會(huì)導(dǎo)致耗盡層增加，從而降低結(jié)電容，但可以吸收更多光子。正向偏置允許更多的電子和空穴流過 pn 結(jié)，而反向偏置則增加耗盡區(qū)的寬度，使光電二極管對(duì)光更敏感。這意味著正向偏置模式對(duì)光的敏感度低于反向偏置模式。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。
光敏二極管四、光檢測(cè)和測(cè)量
反向偏置光電二極管特別適用于光檢測(cè)和測(cè)量，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。在高速和高靈敏度至關(guān)重要的情況下使用時(shí)，如光伏電池和光傳感器，它最有好處。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，提供的電壓使電流能夠自由流過二極管。在后者中，提供的電壓會(huì)限制電流的流動(dòng)。例如，光伏電池可以使用反向偏置功能，使電壓和電流與光照量成正比增加或減少。如果在這種情況下使用正向偏置功能，光照后的增加將呈指數(shù)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、特定應(yīng)用
雖然所有類型的光電二極管的基本設(shè)計(jì)都是相同的，但有些特定設(shè)備的結(jié)構(gòu)使其適合特定的應(yīng)用。雪崩光電二極管正如這種光電二極管類型的名稱所示，這些器件的結(jié)構(gòu)旨在產(chǎn)生大量電荷載流子。它通過將大電源通過反向偏置引導(dǎo)到這些器件中來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，這些光電二極管的響應(yīng)水平高于其他器件。這也意味著使用這些設(shè)備存在一些缺點(diǎn)，例如響度、對(duì)溫度的敏感性以及工作帶寬的降低。即便如此，雪崩光電二極管仍在光鏈路系統(tǒng)中使用。PN 光電二極管PN 光電二極管是該器件的最基本形式。因此，它們可作為標(biāo)準(zhǔn)光電二極管工作，并且僅在暴露于光線下時(shí)才會(huì)產(chǎn)生電流，無需施加電壓。然而，盡管它們是第一種被制造出來的器件，但它們的性能相對(duì)較低，這意味著它們現(xiàn)在并不常用。PIN 光電二極管
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