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第3章 光生伏特器件 第3章 光生伏特器件 3.1 硅光电二极管 2、光电二极管的电流方程 3.1.2 光电二极管的基本特性 光谱响应 5. 噪声 3.2 其他类型的光生伏特器件 3.2.2 雪崩光电二极管 （APD Avalanche Photodiode ） 3.2.3 硅光电池 1. 基本结构 分类 3.硅光电池最大功率 4.光电池的光电转换效率 3.2.4 光电三极管 1. 工作原理 硅光电三极管等效电路 2. 光电三极管特性 2）时间响应（频率特性） 3）温度特性 4）光谱响应 光电三极管应用 3.3 光生伏特器件的偏置电路 2.输出电流、电压与辐射量间的关系 3.3.2 零伏置电路 1.性能比较 2.应用选择 习题 由于硅光电三极管具有电流放大功能，所以硅光电三极管的暗电流Id和亮电流IL受温度的影响要比硅光电二极管大得多。 集电结反向饱和电流Iceo与放大系数?随温度最敏感，温度升高时， Iceo变化远大于光电流的变化，严重时无法工作。 硅 典型的硅光电三极管3DU3的光谱响应特性曲线与硅光电二极管相似，它的响应范围为0.4~1.0μm，峰值波长为0.85μm。 光电三极管主要应用于光电控制、光开关. 光电二极管相比较，频率响应较低，不宜使用于高速，宽带的光电探测系统中，但由于其响应率高，具有电流内增益，故在一般光电探测系统中仍得到广泛应用。 （1）双色硅色敏器件的工作原理 当光照射时，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离就被吸收完毕；因此，浅结对紫外光有较高灵敏度。而红外光部分吸收系数小，光子主要在深结处被吸收；因此，深结对红外光有较高的灵敏度。 3.2.5 色敏光生伏特器件 用双结光电二极管测量颜色时，通常测量两个光电二极管的短路电流比（ISC2/ ISC1）与入射波长的关系，每一种波长的光都对应于一个短路电流比值，根据短路电流比值判别入射光的波长，达到识别颜色的目的。 （2）三色硅色敏器件 它是在一块非晶硅基片上制作3个检测元件，并分别配上R、G、B滤色片，通过R、G、B输出电流的比较，即可识别物体的颜色。 1、象限阵列光生伏特器件组合件 象限式光生伏特器件组合件可以用来确定光点在二维平面上的位置坐标。 3.2.6 光生伏特器件组合件 光斑偏向P2,P2的电流就大于P1,可见可以用两个区的电压大小来描述光斑的位置. 具有一维位置的检测功能，在薄板材料的生产中常被用来检测和控制边沿的位置，以便卷制成整齐的卷。 具有两维位置的检测功能 缺陷： 光刻分割区将产生盲区，限制微小光斑的测量； 若被测光斑全部落入某一象限，输出信号将无法测出； 测量精度与光源的光强及其漂移密切相关。 Quadrant（or Four segmented） photodiode 2、线阵列光生伏特器件组合件 线阵列光生伏特器件组合件是一种能够进行并行传输的光电传感器.用于多通道检测装置,光电编码器和光电读出装置中. 3、楔环阵列组合件 它是一块N型硅衬底上制造出如图中所示的多个P型区，构成光电二极管或硅光电池的光敏单元阵列。 楔形光电器件用来检测光的功率谱分布，极角方向（楔形区）用来检测功率在角度方向的分布，环形区探测器用来检测功率在半径方向的分布。 例如，它对光斑的形状无严格的要求，即它的输出信号与光斑是否聚焦无关；光敏面也无须分割，消除了象限探测器盲区的影响；它可以连续测量光斑在光电位置敏感器件上的位置，且位置分辨率高，一维PSD的位置分辨率可达0.2μm。 光电位置敏感器件是基于光生伏特横向效应的器件。它具有比象限探测器件在光点位置测量方面更多的优点。 七、光电位置敏感器件 （PSD－Position Sensing Detector） I0= I1+I2 PSD它由3层构成，两电极间的P型层除具有接收入射光的功能外，还具有横向的均匀分布电阻特性。 1、PSD的工作原理 当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。 一维PSD器件 二维PSD器件 为了减少测量误差常将二维PSD器件的光敏面进行如图改进，这种结构的优点是光斑在边缘的测量误差被大大地减少。 自偏置（不加电压）其线性不好。而在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和光电变换的动态范围加宽。 1.反向偏置电路的输出特性 在如图3-40所示的反向偏置电路中，UbbkT/q时，流过负载电阻RL的电流IL为 3.3.1 反向偏置电路 三种偏置电路：自偏置、反