日期：2024-08-16
光敏二極管橫截面PIN 光電二極管還具有高頻響應(yīng)。與 PN 結(jié)相比，PIN 光電二極管的主要優(yōu)勢(shì)在于由于耗盡區(qū)增大而具有較高的響應(yīng)速度。雪崩光電二極管雪崩光敏二極管 (APD) 使用碰撞電離(雪崩效應(yīng))在材料中產(chǎn)生內(nèi)部增益。APD 需要高反向偏置操作(接近反向擊穿電壓)。每個(gè)光生載流子都會(huì)產(chǎn)生更多對(duì)，因此會(huì)通過(guò)雪崩擊穿倍增。這會(huì)在光敏二極管內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部增益，從而增加有效響應(yīng)度(每個(gè)光子產(chǎn)生的電流更大)。圖 3顯示了 APD 的橫截面。典型的光譜響應(yīng)范圍約為 300 – 1100 nm。APD 中的電流噪聲高于 PIN 光電二極管，但信號(hào)增益增加得更大，使得 APD 中的信噪比更高。APD 通常具有更高的響應(yīng)速度，并且能夠檢測(cè)或測(cè)量較低水平的光。
光敏二極管一、操作模式
“光伏”模式無(wú)偏光電二極管可以在沒(méi)有任何電壓偏置的情況下運(yùn)行。APD 設(shè)計(jì)為反向偏置，因此本節(jié)將與 PN 和 PIN 光敏二極管相關(guān)。如果在結(jié)上不添加電壓，暗電流可以非常低(接近于零)。這降低了系統(tǒng)的總噪聲電流。因此，與使用反向電壓偏置的操作相比，無(wú)偏置 PN 或 PIN 光電二極管更適合低光照水平應(yīng)用。(對(duì)于低光照應(yīng)用，反向偏置 APD 仍將提供比 PN 或 PIN 光電二極管更高的靈敏度。)無(wú)偏置光電二極管也可以很好地用于低頻應(yīng)用(高達(dá) 350 kHz)。圖 4 中可以看到正向偏置模式(綠色)和反向偏置模式(藍(lán)色)之間的無(wú)偏置模式(其中 V = 0)。該圖顯示無(wú)偏置時(shí)暗電流非常小(如果有的話)，這可以通過(guò) V=0 時(shí) IV 曲線交叉點(diǎn)處的電流不足看出。當(dāng)光敏二極管被照射時(shí)，耗盡區(qū)中的電場(chǎng)會(huì)增加。這會(huì)產(chǎn)生光電流，光電流會(huì)隨著光子通量的增加而增加。這在太陽(yáng)能電池中最為常見(jiàn)，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓是在兩個(gè)端子之間測(cè)量的。與偏置模式相比，光伏模式的光電流響應(yīng)度隨溫度的變化較小。無(wú)偏置光敏二極管的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢。如果系統(tǒng)沒(méi)有偏置，光電二極管的電容將達(dá)到最大值，從而導(dǎo)致速度較慢。
光敏二極管二、極性
光敏二極管有兩個(gè)端子，一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極。它具有低正向電阻(陽(yáng)極正極)和高反向電阻(陽(yáng)極負(fù)極)。本目錄中描述的大多數(shù)光電二極管的正常偏置操作要求對(duì)器件的有源區(qū)(即陽(yáng)極)施加負(fù)偏置，或?qū)ζ骷谋趁?即陰極)施加正偏置。在光伏和零偏壓模式下，產(chǎn)生的電流或電壓為二極管正向。因此，產(chǎn)生的極性與偏壓模式所需的極性相反。
光敏二極管三、響應(yīng)度
靈敏度的測(cè)量單位是入射到光電二極管上的輻射能量(以瓦特為單位)與光電流輸出(以安培為單位)之比。它以絕對(duì)響應(yīng)度(以安培/瓦特為單位)表示。請(qǐng)注意，輻射能量通常以瓦特/平方厘米表示，光電二極管電流以安培/平方厘米表示。平方厘米項(xiàng)取消后，我們得到的是安培/瓦特 (A/W)。下面給出了一條典型的響應(yīng)度曲線，其中顯示了 A/W 與波長(zhǎng)的關(guān)系。
光敏二極管四、光譜響應(yīng)
待檢測(cè)輻射的波長(zhǎng)是一個(gè)重要參數(shù)。從圖中可以看出，硅對(duì)波長(zhǎng)超過(guò) 1100 nm 的輻射是透明的。因此，它不適合用于明顯長(zhǎng)于此的波長(zhǎng)。相反，硅的前 100 nm 厚度會(huì)吸收紫外線。即使是最仔細(xì)的表面處理也會(huì)留下一些表面損傷，從而降低此波長(zhǎng)的收集效率。表面涂層進(jìn)一步影響設(shè)備的光譜響應(yīng)。應(yīng)用抗反射涂層以增強(qiáng)所需波長(zhǎng)的響應(yīng)(高達(dá) 25%)是正常的。這些涂層可能會(huì)降低它們反射的其他波長(zhǎng)的效率。封裝窗口進(jìn)一步修改了光譜響應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)玻璃窗口吸收短于 300 nm 的波長(zhǎng)。對(duì)于紫外線檢測(cè)，需要熔融石英或紫外線透射玻璃窗口。還提供各種濾光窗來(lái)定制適合應(yīng)用的光譜響應(yīng)。一種特別有趣的特定濾光片可以修改正常的硅響應(yīng)以接近人眼的光譜響應(yīng)。
光敏二極管五、如何工作
光敏二極管的工作原理如下：當(dāng)有光照射時(shí)，帶有能量的光子進(jìn)入PN結(jié)，把能量傳遞給共價(jià)鍵上的電子，一部分電子脫離共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，也叫光生載流子。光生載流子的數(shù)量是有限的，而受光前的多數(shù)載流子的數(shù)量要遠(yuǎn)大于光生載流子的數(shù)量。因此，光生載流子對(duì)載流子數(shù)量影響很小，而少數(shù)載流子數(shù)量影響很大。這也是光敏二極管工作在反向電壓下而不是正向電壓下的原因。所以在反向電壓下，光生載流子增加的少數(shù)載流子參與漂移運(yùn)動(dòng)，在P區(qū)，光生電子向PN結(jié)擴(kuò)散，如果P區(qū)厚度小于電子擴(kuò)散長(zhǎng)度，則大部分光生電子會(huì)穿過(guò)P區(qū)到達(dá)PN結(jié)，在N區(qū)也一樣。光電二極管的優(yōu)點(diǎn)和局限性光電二極管是可用于流式細(xì)胞術(shù)的較成熟的光電探測(cè)器之一，通常由硅制成。其他類(lèi)型包括光電倍增管和雪崩光電二極管，它們是光電二極管的略微更先進(jìn)的版本。
光敏二極管六、脈沖持續(xù)時(shí)間
這些不同類(lèi)型的光電探測(cè)器由于波長(zhǎng)不同而具有不同的光譜響應(yīng)。不同類(lèi)型的光電探測(cè)器可以與同一流式細(xì)胞儀結(jié)合使用，具體取決于光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時(shí)間。光譜響應(yīng)是光電二極管通常用于光散射測(cè)量的原因，因?yàn)楣怆姸O管與該光波長(zhǎng)的匹配度更高。這也與主題相關(guān)——標(biāo)準(zhǔn)光電二極管可用于 0° 至 20° 左右低角度的光散射。由于前向光散射對(duì)細(xì)胞大小敏感，因此可以將其用于整個(gè)細(xì)胞，而較小的顆粒(例如病毒)則需要更大的角度。光電二極管通常用于前向散射信號(hào)較高時(shí)，而不是使用側(cè)向散射和熒光信號(hào)時(shí)(這些信號(hào)往往比前向散射信號(hào)弱)。但是，如果激光或光源直接進(jìn)入光電二極管，信號(hào)可能會(huì)變得過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致噪音過(guò)多。光電二極管可用于側(cè)向散射和熒光信號(hào)較弱時(shí)，但這需要更昂貴的前端電子設(shè)備來(lái)降低信噪比。
以上就是關(guān)于光敏二極管高頻響應(yīng)講解的分享，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發(fā)射管的知識(shí)資訊，可以前往官網(wǎng)的客服進(jìn)行咨詢(xún)。
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