日期：2022-05-11
光敏二極管是一種 pn 結(jié)或 pin 半導(dǎo)體器件，它消耗光能來產(chǎn)生電流。它有時也稱為光檢測器、光傳感器或光檢測器。專門設(shè)計用于在反向偏置條件下工作。反向偏置是指光電二極管的p側(cè)連接到電池的負(fù)極，n側(cè)連接到電池的正極。光非常敏感，因此當(dāng)光或光子落在光電二極管上時，它很容易將光轉(zhuǎn)換為電流。太陽能電池也被稱為大面積光敏二極管，因為它將太陽能或光能轉(zhuǎn)化為電能。然而，太陽能電池只在強(qiáng)光下工作。
光敏二極管一、局限性
應(yīng)始終在反向偏置條件下工作。施加的反向偏置電壓應(yīng)該很低。產(chǎn)生低噪音、高增益、高響應(yīng)速度、對光的高靈敏度、對溫度的敏感性低、低成本、小尺寸、使用壽命長。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理幾乎與普通的pn 結(jié)二極管相似。PIN(p型，本征和n型)結(jié)構(gòu)主要用于構(gòu)建光敏二極管，而不是pn(p型和n型)結(jié)結(jié)構(gòu)，因為PIN結(jié)構(gòu)提供快速響應(yīng)時間。PIN光電二極管主要用于高速應(yīng)用。在普通的 pn 結(jié)二極管中，電壓 用作產(chǎn)生電流的能源 ，而在光電二極管中，電壓和光都用作產(chǎn)生電流的能源。
光敏二極管二、如何工作?
正常的 pn 結(jié)二極管在反向偏置條件下允許少量電流。為了增加反向偏置條件下的電流，我們需要產(chǎn)生更多的少數(shù)載流子。施加到 pn 結(jié)二極管的外部反向電壓將為少數(shù)載流子提供能量，但不會增加少數(shù)載流子的數(shù)量。然而，由于外部反向偏壓，會產(chǎn)生少量少數(shù)載流子。在 n 側(cè)或 p 側(cè)產(chǎn)生的少數(shù)載流子在穿過結(jié)之前將在同一材料中復(fù)合。結(jié)果，由于這些電荷載流子，沒有電流流動。例如，在 p 型材料中產(chǎn)生的少數(shù)載流子會受到外部電壓的排斥力，并試圖向 n 側(cè)移動。然而，在穿過結(jié)之前，自由電子與同一材料中的空穴復(fù)合。結(jié)果，沒有電流流動。為了克服這個問題，我們需要將外部能量直接施加到耗盡區(qū)以產(chǎn)生更多的電荷載流子。
光敏二極管三、類型
所有類型的光電二極管的工作操作都是相同的。根據(jù)具體應(yīng)用開發(fā)了不同類型的光電二極管。例如，開發(fā)了 PIN 光電二極管以提高響應(yīng)速度。PIN 光電二極管用于需要高響應(yīng)速度的地方。PN結(jié)光電二極管是光電二極管的第一種形式。它們是PIN 光電二極管開發(fā)之前應(yīng)用最廣泛的光電二極管。PN結(jié)光電二極管也簡稱為光電二極管。 目前，PN結(jié)光電二極管并未得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)外部光能被提供給 pn 結(jié)光電二極管時，耗盡區(qū)中的價電子獲得能量。
光敏二極管四、半導(dǎo)體材料
如果施加到光電二極管的光能大于半導(dǎo)體材料的帶隙，則價電子獲得足夠的能量并破壞與母原子的鍵合。打破與母原子鍵合的價電子將成為自由電子。自由電子通過攜帶電流從一個地方自由移動到另一個地方。當(dāng)價電子離開價層時，在價電子離開的價層中會產(chǎn)生一個空白空間。價殼中的這個空白空間稱為空穴。因此，自由電子和空穴都成對產(chǎn)生。利用光能產(chǎn)生電子-空穴對的機(jī)理稱為內(nèi)光電效應(yīng)。
光敏二極管五、外部電場
由于耗盡區(qū)電場和外部電場，耗盡區(qū)中的少數(shù)載流子受到力。例如，耗盡區(qū)中的自由電子會受到來自p側(cè)和n側(cè)耗盡區(qū)邊緣的負(fù)離子和正離子的排斥力和吸引力。結(jié)果，自由電子向n區(qū)移動。當(dāng)自由電子到達(dá) n 區(qū)域時，它們被吸引到電池的正極端子。以類似的方式，孔以相反的方向移動。強(qiáng)耗盡區(qū)電場和外部電場增加了自由電子的漂移速度。由于這種高漂移速度，在耗盡區(qū)產(chǎn)生的少數(shù)載流子(自由電子和空穴)將在與原子復(fù)合之前穿過 pn 結(jié)。結(jié)果，少數(shù)載流子電流增加。
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