日期：2022-12-13
光敏二極管的 IV
特性。線性負(fù)載線表示外部電路的響應(yīng)：I=(施加的偏置電壓-二極管電壓)/總電阻。與曲線的交點(diǎn)代表給定偏壓、電阻和光照下的實(shí)際電流和電壓。在光伏模式(零偏壓)下，光電流通過(guò)對(duì)陰極的短路流入陽(yáng)極。如果電路開(kāi)路或具有負(fù)載阻抗，限制光電流流出器件，則電壓會(huì)在正向偏置二極管的方向上建立，即陽(yáng)極相對(duì)于陰極為正。如果電路短路或阻抗低，正向電流將消耗全部或部分光電流。這種模式利用了光伏效應(yīng)，這是太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)——傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池只是一個(gè)大面積的光敏二極管。為了獲得最佳功率輸出，光伏電池將在與光電流相比僅產(chǎn)生較小正向電流的電壓下運(yùn)行。
光敏二極管一、光電導(dǎo)模式
在光電導(dǎo)模式下，二極管反向偏置，即陰極相對(duì)于陽(yáng)極被驅(qū)動(dòng)為正極。這減少了響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)轭~外的反向偏壓增加了耗盡層的寬度，從而降低了結(jié)的電容并增加了電場(chǎng)的區(qū)域，這將導(dǎo)致電子被快速收集。反向偏壓還會(huì)產(chǎn)生暗電流，而光電流沒(méi)有太大變化。雖然這種模式速度更快，但由于暗電流或雪崩效應(yīng)，光電導(dǎo)模式會(huì)表現(xiàn)出更多的電子噪聲。[5]優(yōu)質(zhì) PIN 二極管的漏電流非常低 (<1 nA)，以至于典型電路中負(fù)載電阻的 約翰遜-奈奎斯特噪聲通常占主導(dǎo)地位。
光敏二極管二、電磁輻射
任何 p-n 結(jié)如果被照亮，都可能是一個(gè)光敏二極管。二極管、晶體管和 IC 等半導(dǎo)體器件包含 p-n 結(jié)，如果它們被波長(zhǎng)適合產(chǎn)生光電流的不需要的電磁輻射(光)照射，將無(wú)法正常工作。[12] [13]這可以通過(guò)將設(shè)備封裝在不透明外殼中來(lái)避免。如果這些外殼對(duì)高能輻射(紫外線、X 射線、伽馬射線)不是完全不透明，則二極管、晶體管和 IC 可能會(huì)因感應(yīng)光電流而發(fā)生故障[14] 。來(lái)自包裝的背景輻射也很重要。[15] 輻射硬化減輕了這些影響。在某些情況下，效果是實(shí)際需要的，例如將LED用作光敏器件(將LED 視為光傳感器)或什至用于能量收集，有時(shí)稱為發(fā)光和吸光二極管(LEAD)。
光敏二極管三、應(yīng)用程序
P-n 光敏二極管的應(yīng)用與其他光電探測(cè)器類似，例如光電導(dǎo)體、電荷耦合器件(CCD) 和光電倍增管。它們可用于生成取決于照明的輸出(用于測(cè)量的模擬)，或用于改變電路的狀態(tài)(數(shù)字，用于控制和切換或用于數(shù)字信號(hào)處理)。光敏二極管用于消費(fèi)電子設(shè)備，如光盤(pán)播放器、煙霧探測(cè)器、醫(yī)療設(shè)備[18]和用于控制從電視到空調(diào)的設(shè)備的紅外遙控設(shè)備的接收器。對(duì)于許多應(yīng)用，可以使用光敏二極管或光電導(dǎo)體。這兩種類型的光電傳感器都可用于光測(cè)量，如在相機(jī)測(cè)光表中，或響應(yīng)光照水平，如在天黑后打開(kāi)街道照明。
光敏二極管四、響應(yīng)入射光
所有類型的光電傳感器都可用于響應(yīng)入射光或作為同一電路或系統(tǒng)一部分的光源。光電二極管通常與光發(fā)射器(通常是發(fā)光二極管(LED))組合成單個(gè)組件，以檢測(cè)光束是否存在機(jī)械障礙(開(kāi)槽光開(kāi)關(guān))或耦合兩個(gè)數(shù)字或模擬電路同時(shí)在它們之間保持極高的電氣隔離，通常是為了安全(光耦合器)。LED 和光敏二極管的組合也用于許多傳感器系統(tǒng)，以根據(jù)其光吸收率表征不同類型的產(chǎn)品。光敏二極管通常用于科學(xué)和工業(yè)中光強(qiáng)度的精確測(cè)量。它們通常比光電導(dǎo)體具有更線性的響應(yīng)。它們還廣泛用于各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)器(與閃爍體結(jié)合)、樣品分析儀器(免疫測(cè)定)和脈搏血氧儀。
光敏二極管五、固定光電二極管
不要與PIN 光敏二極管混淆。釘扎光電二極管 (PPD) 在 P 型或 N 型(分別)襯底層上方的 N 型或 P 型擴(kuò)散層中分別具有淺注入(P+ 或 N+)，因此中間擴(kuò)散層可以完全耗盡多數(shù)載流子，如雙極結(jié)型晶體管的基區(qū)。PPD(通常是 PNP)用CMOS 有源像素傳感器;索尼于 197 年發(fā)明了一種帶有時(shí)鐘頂層 N 層的前身 NPN 變體，用于 CCD 圖像傳感器。
光敏二極管六、陣列
一個(gè)一維光電二極管陣列芯片，中間有超過(guò) 200 個(gè)二極管一個(gè)只有 4×4 像素的二維光電二極管陣列占據(jù)了第一個(gè)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的左側(cè)，c。1982.數(shù)百或數(shù)千個(gè)光敏二極管的一維陣列可用作位置傳感器，例如用作角度傳感器的一部分。[24] 二維陣列用于圖像傳感器和光學(xué)鼠標(biāo)。在某些應(yīng)用中，光電二極管陣列允許高速并行讀出，而不是像電荷耦合器件( CCD) 或CMOS 傳感器那樣集成掃描電子器件。照片中顯示的光電鼠標(biāo)芯片可以并行(非多路復(fù)用)訪問(wèn)其 4 × 4 陣列中的所有 16 個(gè)光敏二極管。
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