第六章--光电子技术案例PPT课件.ppt

曲线分析： 反偏压增加，耗尽层加宽，结电场增强，对结区光的吸收及光生载流子的收集效率影响很大，当反偏压进一步增加时，光生载流子的收集已达极限，光电流饱和。 性能参数：响应率在：0.4－0.6uA/uW的量级。 光谱响应：可见光+近红外　在0.8－1um波段响应率最高，采用视觉补偿滤波器后，峰值响应波长可转移到560nm左右，但响应率下降。 噪声：主要是散粒噪声和热噪声，弱光时，散粒噪声小于热噪声，强光时，散粒噪声大于热噪声。 频率响应：光电二极管的频率响应远比硅光电池高，达到MHz量级。 典型光电二极管--滨松(HAMAMATSU)公司产品: Si—Photodiode S1087/S1133 Series 三、ＰＩＮ光电二极管 (1)本征层厚度近似等于反偏压下耗尽层的厚度，厚度为500um左右 (2)本征层相对于n区和p区是高阻区，高电阻使暗电流明显减小。反向偏电主要集中于这个区域，形成高电场区，由于p区很薄，光电变换主要集中在本征层，强电场使光生载流子渡越时间变短，改善了频率响应 (3)本征层的引入使得耗尽层加宽，减少了结电容，使电容时间常数变小，响应时间更快； 引入本征层对提高器件灵敏度和频率响应起非常重要的作用。 现有产品的PIN光电二极管性能参数 滨松Si PIN Photodiode 大光敏面的PIN光电二极管 噪 声： 硅PIN中，热噪声占优势。 锗PIN中，暗电流散粒噪声相比较大 四、雪崩光电二极管（APD） 雪崩二极管是具有内增益的光伏探测器，利用光生载流子在高电场区内的雪崩效应获得光电流增益，具有高灵敏度，响应快等优点。 工作原理-雪崩效应 p-n结 光生载流子产生 获得高能量，与晶格原子碰撞，晶格原子电离产生电子-空穴对 获得高能量，再次与晶格原子碰撞 产生新的电子-空穴对。上述过程不断重复，使p-n结内电流急剧倍增放大，这就是雪崩效应。 强电场作用下 加强反偏电压和光照 强电场作用下 2、雪崩光电二极管结构 n+ n+ p SiO2 电极 特点：（1）基片杂质浓度高（电阻率低），容易产生碰撞电离；（2）基片厚度比较薄，保证有高的电场强度，以便于电子获得足够的能量产生雪崩效应；（3）结边缘做成环状，其作用是减小表面漏电，避免边缘出现局部击穿。 材料：通常采用硅或锗材料，也可用III-V族化合物半导体制作。 3、雪崩二极管的特征参数 (1)倍增系数M IR：为无雪崩倍增时的p-n结 的反向电流； IM：有雪崩增益时的反向电流； M与p-n结上所加的反向偏压、p-n结材料和结构有关，可用经验公式表示： VBR：p-n结击穿电压，与器件工作温度有关，温度升高 时增大； n：与p-n结的材料和结构有关的常数，对于硅器件， n=1.5-4，锗，n=2.5-8。 雪崩倍增系数M、暗电流ID与所加偏压之间的关系 ： 180 140 100 60 20 18 16 14 12 10 ID M 0 154 156 158 160 162 164 VA(V) ▽反偏电压低时，无雪崩效应，M=1，VA增加，倍增系数增大。 ▽反偏电压接近击穿电压时（最佳工作偏压：一般为几十伏到几百伏之间），倍增系数增加很快，暗电流增加也很快，这时雪崩增益系数为102-103。 第六章： 光伏探测器 光伏探测器：利用半导体p-n结光伏效应制作 的探测器; 探测器类型：根据内建电场形成的结势垒的不 同，有p-n结势垒，PIN结势垒, 金属－半导体的肖特基势垒 等。 主要内容:光电池、光电二极管、PIN光电二极 管、雪崩二极管、光电三极管等 6.1 光伏探测器的工作原理 - - - + + + p n 无光照 光照 (-) + _ _ _ + + + _ _ _ + + + (-) (+) 光照 内建电场 p-n结 光生载流子 形成光生电动势 在外回路形成电流 1、光生电动势的产生过程 2、光照后产生的电流： 两部分电流：①光电流Ip ②光生电压产生的正向电流I＋ （6.1） (没有内增益) 结区的总电流I为： V为光生电动势，Iso反向饱和电流 3、光照后的伏安特性曲线 第一象限：加正向偏压，p-n结暗电流ID光生电流，