3-3半导体光电检测器件课件.ppt

（一）结构原理 1、金属-半导体接触型（硒光电池） 2、PN结型 结型光电池，是在N型（或P型）半导体表面上扩散一层P型（或N型）杂质，形成PN结。 （二）分类 （1）按基底材料分类 2DR（P型Si为基底） 2CR（N型Si为基底） （2） 按结构分类 阵列式：分立的受光面 象限式：参数相同的独立光电池 硅蓝光电池：PN结距受光面很近 阵列式 象限式 （3）按用途分类 太阳能光电池：用作电源（效率高，成本低） 测量用光电池：探测器件（线性、灵敏度高等） （4）按材料分类 硅光电池：光谱响应宽，频率特性好 硒光电池：波谱峰值位于人眼视觉内 薄膜光电池：CdS 增强抗辐射能力 紫光电池：PN结 0.2~0.3 μm， 短波峰值：600nm （三）特性参数 1、光照特性 L为光亮度 (书P22) 2、输出电流与负载大小的关系 3、伏安特性 光电流与电压的关系 （四）应用 1、光电池用作太阳能电池 把光能直接转化成电能，需要最大的输出功率和转化效率。即把受光面做得较大，或把多个光电池作串、并联组成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站等无输电线路地区的电源供给。 2、光电池用作检测元件 利用其光敏面大，频率响应高，光电流与照度线性变化，可制成： （1）光开关 （2）线性测量(如光电读数、光栅测量、激光准直）等 三、光敏二极管 1. 与普通二极管相比 共同点：一个PN结，单向导电性 不同点： （1）受光面大，PN结面积更大，PN结深度较浅 （2）表面有防反射的SiO2保护层 （3）外加负偏压 2. 与光电池相比 共同点：均为一个PN结，利用光生伏特效应， SiO2保护膜。 不同点： （1）结面积比光电池的小，频率特性好 （2）光生电势与光电池相同，但电流比光电池小 （3）可在零偏压下工作，更常在反偏压下工作 3.性能参数 （1）伏安特性 （2）光照特性 光电流与照度的关系 15V反向偏压时的光照特性曲线 （3）光谱特性 影响因素： 材料：禁带宽度 设计工艺：PN结深度及表面处理 （4）暗电流与噪声 在直流偏压下，暗电流是噪声的主要来源 （5）频率特性 是半导体光电器件中最好的一种， 与下列因素有关： 结电容（小于20μμF) 和杂散电容 光生载流子在薄层中的扩散时间及PN结中的漂移时间 要提高频率响应必须做到以下几点： 合理的结面积（小的结面积可使Cj减小，但相同光照下，光电流也较小）； 尽可能大的耗尽层厚度； 适当加大使用电压； 减小结构所造成的分布电容。 4、电路 光敏二极管的输出电路及等效电路： 由等效图可知： 光敏二极管等效电路 5、光敏二极管的分类 按材料分类： 硅光敏二极管 锗光敏二极管 化合物光敏二极管 按结的特性： PN结（扩散层、耗尽层） PIN结 异质结 肖特基结 6、几种常见的光敏二极管 （1）肖特基结光敏二极管（金属与半导体接触） 光敏面小，势垒电容小，响应快，但工艺困难。 （2）扩散层PN结光敏二极管 耗尽层厚度小于结的任一边的扩散长度，工作区是结两边的扩散区，光电流主要由扩散流引起。 （3） 耗尽层型PN结光敏二极管 耗尽层厚度大于结的任一边的扩散长度，光电转换主要在耗尽层内，光电流主要由漂移电流引起的。有很高的频率响应。 （4）PIN型（2DUL型）光电二极管是 PIN管结构示意图 在P、N型之间加进了较厚的本征半导体I型层， 内电场基本上集中于I层上，PN结间距拉大，结电容变小；提高响应速度； 由于耗尽层变宽，从而展宽了光电转换的有效工作范围； 增加了吸收层厚度，改善了对长波光的吸收，提高了灵敏度，增大了长波响应率。 （5）雪崩型光电二极管（APD）