日期：2023-04-14
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)用于CMOS 有源像素傳感器;索尼于 1975 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。
光敏二極管一、低暗電流
早期的電荷耦合器件圖像傳感器存在快門滯后問題。隨著固定光電二極管的發(fā)明，這在很大程度上得到了解決。[21]它是由NEC的寺西信和 (Nobukazu Teranishi)、白木博光 (Hiromitsu Shiraki) 和石原康夫 (Yasuo Ishihara)于 1980 年發(fā)明的。 他們認(rèn)識(shí)到，如果可以將信號(hào)載體從光電二極管轉(zhuǎn)移到 CCD，則可以消除滯后。這導(dǎo)致他們發(fā)明了釘扎光電二極管，這是一種具有低滯后、低噪聲、高量子效率和低暗電流的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)。1982 年，Teranishi 和 Ishihara 與 A. Kohono、E. Oda 和 K. Arai 首次公開報(bào)道了它，并添加了抗開花結(jié)構(gòu)。
光敏二極管二、光電倍增管
P-n 光電二極管的應(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)。光電二極管用于消費(fèi)電子設(shè)備，如光盤播放器、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，可以使用光電二極管或光電導(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，如在天黑后打開街道照明。
光敏二極管三、機(jī)械障礙
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(開槽光開關(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 和光電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。
光敏二極管四、光敏器件
任何 p-n 結(jié)如果被照亮，都可能是一個(gè)光電二極管。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，將無法正常工作。[12] [13]這可以通過將設(shè)備封裝在不透明外殼中來避免。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)。
光敏二極管五、增益線性增加
使用光電二極管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)噪聲通常是另一個(gè)挑戰(zhàn)。輸出噪聲的主要來源是放大器的輸入電壓噪聲和反饋電阻器的約翰遜噪聲。來自反饋電阻器的噪聲在沒有額外放大的情況下出現(xiàn)在輸出端。如果增加電阻器的大小來放大光電二極管電流，增益電阻器引起的噪聲增加只會(huì)增加電阻器值增加的平方根。實(shí)際上，這意味著在光電二極管放大器中獲得盡可能多的增益而不是添加第二個(gè)放大器級(jí)是有益的，因?yàn)樵诘诙€(gè)放大器級(jí)中噪聲會(huì)隨增益線性增加。
光敏二極管六、頻率范圍
放大器的輸出噪聲是輸入電壓噪聲乘以放大器的噪聲增益。噪聲增益不僅由反饋電阻器決定，還由反饋和輸入電容器決定，因此它在整個(gè)頻率范圍內(nèi)不是恒定的。圖 6 顯示了放大器噪聲增益與頻率的典型曲線圖，其中疊加了閉環(huán)增益以供參考。您可以從該圖中了解到兩件事：輸出噪聲在某些頻率下增加，以及噪聲峰值可能超出放大器閉環(huán)截止帶寬的頻率范圍。
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