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§ 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
。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录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 。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录二,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= iφ RL= sφ RL
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：
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录四,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。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录五,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。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录六,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、搜索、定位等作用。
§ 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
。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录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 。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录二,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= iφ RL= sφ RL
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：
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录四,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，
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录将 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。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录五,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。
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§ 3.1.4 光敏二极管回目录六,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、搜索、定位等作用。
