一结构和工作原理光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电信.pptVIP

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第三章 第三章 光电信息转换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 一．结构和工作原理 光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电信息转换器件。其PN结装在管子的顶部，以便接收光照。其上面有一个透镜制成的窗口，以便使光线集中在敏感面，光敏二极管的外形结构如图（a）所示。 上一节 光敏二极管工作时一般加反相偏压，如图（b）所示，无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在方向偏压的作用下，渡越阻挡层，形成微小的方向电流，即暗电流。当光敏二极管受光照时，PN结附近受光子轰击吸收其能量而产生电子空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，在外加电场和内电场的共同作用下，P区的电子渡越阻挡层进入N区，N区的空穴进入P区，从而使通过PN结的方向电流大大增加，这就形成了光电流。 二．特性 1.光照特性 2.光谱特性 3.伏安特性 4.频率特性 5.温度特性 6.暗电流 三．电路 图3.1.4－3 是光敏二极管的输出电路和等效电路。图（a）和图(b)的差别是输出电压U是反向的。因为iφ=sφ,由图(c)可知， uL= iφRL= sφRL 上式中，为了得到较大的输出电压uL，除串接较大的R外，后级电路的输入阻抗应尽可能大些。在图3.1.4－3（c）中，Cj是结电容，一般较小，故在中频内可忽略，但在高频时不能忽略，Cj直接影响光敏二极管的高频特性。 以下是光敏二极管的上限频率： 四．PIN管 电场主要分布在耗尽区内，耗尽区的电场足以使载流子的漂移速度达到极限值。在扩散区， 由于场的分布趋于零，所以运动速度很慢。这样，就影响了光电检测器响应速度的提高。因此为了保证光电检测器有快的响应速度和高的效率， 应当设法尽量减小零电场P区和N区的厚度而增加耗尽区的厚度，并且还应尽量避免光生电子一空穴对在零电场区里产生，工艺上采取以下措施： 减少负载电阻RL， 可使上限频率fH提高 将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。这种掺杂很轻的N层,称作本征I层；另外，为了制成低电阻的接触，在I层的两端再做成重掺杂的P层和N层，并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。这样，便构成了PIN型的光敏二极管。 这种管子的最大特点是频带宽，可达10GHz。另一特点是线性输出范围宽。缺点是由于I层很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。 五．APD APD是利用雪崩倍增效应使光生电流达到很高的数值，电流增益可达106。因此，雪崩光电二极管是灵敏度很高的光电信息转换器件。 影响雪崩光敏二极管工作的因素有： (a)雪崩过程伴有一定的噪声，并受温度的影响较大； (b)由于材料本身(特别是表面部分)具有一定的缺陷，使PN结的各区域电场分布不均匀，局部的高电场区首先发生击穿，使漏电流变大，这相当于增强了噪声。为避免这一情况发生，在选择材料和工艺上应加以注意。 雪崩光敏二极管的工作偏压必须适当。过小时，增益太小；过大时，噪声大，而且电压过高可能使管子被击穿烧毁。由于击穿电压会随温度漂移，必须根据环境温度变化相应调整工作电压。 六．光敏二极管阵列 光敏二极管阵列是将光敏二极管以线列或面阵形式集合在一起，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光信息，并将这些信息转换为电信号的器件。光敏三极管阵列与其类似。 与光敏二极管阵列类似，还有象限探测器。象限探测器有二象限和四象限探测器，又分光电二极管象限探测器和硅光电池象限探测器。象限探测器是在同一块芯片上制成两或四个探测器，中间有沟道将它们隔开，因而这两或四个探测器有完全相同性能参数。当被测体位置发生变化时，来自目标的辐射量使象限间产生差异，这种差异会引起象限间信号输出变化，从而确定目标方位，同时可起制导、跟踪、有哪些信誉好的足球投注网站、定位等作用。 上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第三章 第三章 光电信息转换 §3.1.4 光敏二极管 回目录 * * * *