日期：2023-05-16
在 PIN 光敏二極管中，一層弱摻雜半導體“i”夾在對光子透明的 p 和 n 半導體層之間。“i”區在勢壘極化下被強烈耗盡。在這個區域，有一個強電場，增加了光子吸收產生的載流子。區域“i”連同兩側的擴散區域占據很大的尺寸 d，光子產生的大部分載流子加入電流，量子效率 η 上升。位置“i”的長度是增加性能 η 和增加載流子流動時間之間的權衡，這會降低光電二極管的工作帶寬。pin 二極管的產品選擇對其正常工作很重要。制造“i”層的材料應該吸收來自特定波長帶的光子。價帶和導帶之間的能量空間寬度 Eg= (EC-EV) 應略小于吸收光子的能量。
光敏二極管一、流線型結構
上面顯示了 PIN 光敏二極管的流線型結構。當光電二極管為負極化且未點亮時，光敏二極管電路中會流過一個小暗電流 IS，類似于 pn 二極管。“i”區存在強電場，可以快速消除光子吸收過程中產生的電子和空穴。PIN 光敏二極管的靈敏度級別可以通過該關系得到很好的解釋。上面的關系中引入了兩個因素。因子(1-R)表示來自光電二極管半導體材料表面積的光子表示結果的影響。表示效應會大大降低 RFD 的靈敏度值。因此，在幾種樣式中，光電二極管表面區域使用了獨特的抗反射層，以匹配真空和半導體材料的波阻抗。當使用抗反射層涂層時，量子效率增加。
光敏二極管二、靈敏度
第二個因素 (1-e-αd) 解釋了并非所有光子都被吸收在“i”層中的事實，這表明靈敏度顯著降低。增加“i”層的厚度 d 可提高靈敏度水平，但會增加載流子流動時間，從而限制光電二極管的工作帶寬。光輻射通過光纖饋送到光電二極管。輸送結構可以多種方式制成。光信號幾乎無損地流入 InGaAs 層，在該層中會產生電子空穴組。光敏二極管還可以從對面增亮。在這里，輸出電信號直接饋入微波微帶線。這種補救措施用于寬帶光接收器。還構建了獨特的光電二極管結構，其中“p”和“n”層以布拉格鏡的形式制成，類似于 VCSEL 表面耗盡激光器中的結構。布拉格反射鏡之間的光子吸收“i”層是一種強大的結構。因此，光電二極管最終成為一種選擇性器件，有利于特定波長 λ。
光敏二極管三、光鏈路
在雪崩光敏二極管中，pin 二極管結構中引入了一個額外的“p”區。對于勢壘極化，通常為數十伏，該區域存在強大的電場。在此區域中流動的電子被加速，獲得能量并產生連續的電子-空穴對。碰撞電離、雪崩倍增的過程發生，結果二極管電流增加許多倍(M 倍)。二極管電流隨著 U 的增加呈指數增加，直到雪崩擊穿。典型的、實際可實現的 M 值最高可達 100。雪崩二極管最初因其高靈敏度價值而被方便地用于光鏈路。盡管如此，它們的缺點實際上大大限制了它們的應用。雪崩光電二極管的負面影響包括：大極化電壓，工作帶寬減少約 √，靈敏度提高百倍，工作數據傳輸減少十倍，靈敏度對溫度水平的強烈依賴性，
光敏二極管四、簡化結構
此外還證明，由于雪崩二極管增加了大噪聲，使用晶體管放大器更容易獲得光接收器的適當靈敏度水平。因此，雪崩光敏二極管僅用于獨特的光鏈路系統。雪崩光電二極管的工作示意圖。(A) 具有電流倍增 p 區的雪崩光電二極管的簡化結構。(B) 勢壘極化的電場分布。(C) 平面雪崩光敏二極管的結構。
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