日期：2022-01-05
光敏二極管是常用的光電探測器，已在很大程度上取代了以前使用的真空光電管。它們是包含 p-n 結(jié)的半導(dǎo)體器件，并且通常在 n 層和 p 層之間有一個(gè)本征(未摻雜)層。具有本征層的器件稱為p–i–n或PIN 光電二極管。在耗盡區(qū)或本征區(qū)吸收的光產(chǎn)生電子 - 空穴對(duì)，其中大部分有助于光電流。在很寬的光功率范圍內(nèi)，光電流可以非常精確地與吸收(或入射)光強(qiáng)度成正比。
光敏二極管一、高響應(yīng)性
對(duì)于光敏二極管的高響應(yīng)性，應(yīng)該具有對(duì)感興趣的光波長具有強(qiáng)吸收的材料。當(dāng)使用較厚的層來獲得有效吸收時(shí)，可能會(huì)損失大量產(chǎn)生的載流子，因此仍然不能顯著提高響應(yīng)度。一些光敏二極管以一維或二維類型的光電二極管陣列的形式提供。二維探測器陣列，例如用作圖像傳感器，可以用光電二極管或其他類型的光電探測器來實(shí)現(xiàn)。為了顯著提高響應(yīng)度，可以使用雪崩光電二極管(見下文)或光電晶體管;它們基于完全不同的操作原理。
光敏二極管二、工作模式
光敏二極管可以在兩種截然不同的模式下工作：光伏模式：像太陽能電池一樣，發(fā)光的光電二極管會(huì)產(chǎn)生可以測量的電壓。然而，該電壓對(duì)光功率的依賴性是非線性的，并且動(dòng)態(tài)范圍相當(dāng)小。此外，未達(dá)到最大速度。
光敏二極管三、光電導(dǎo)模式
此處，向二極管施加反向電壓(即在沒有入射光的情況下二極管不導(dǎo)通的方向上的電壓)并測量產(chǎn)生的光電流。對(duì)于這種反向偏置模式，最簡單的解決方案是基于電壓源和負(fù)載電阻器，如圖
3 所示。光電流對(duì)光功率的依賴性在光功率的六個(gè)或更多數(shù)量級(jí)上可能非常線性，例如，對(duì)于具有幾毫米2有源面積的硅 p-i-n
光電二極管，在幾納瓦到幾十毫瓦的范圍內(nèi).
反向電壓的大小對(duì)光電流幾乎沒有影響，而對(duì)(通常很小的)暗電流(在沒有光的情況下獲得)有一些影響。較高的反向電壓往往會(huì)使響應(yīng)更快，但也會(huì)增加器件的熱量，這對(duì)于高光電流來說可能是一個(gè)問題。
光敏二極管四、關(guān)鍵特性
光敏二極管最重要的特性是：響應(yīng)性，即，每單位的光電流的光功率-相關(guān)的量子效率，依賴于波長活性區(qū)，即光敏區(qū)擊穿電壓，設(shè)置可用偏置電壓的限制允許的最大光電流(通常受飽和限制，對(duì)于高偏置電壓可能更低)
光敏二極管五、額外電壓降
暗電流(在光電導(dǎo)模式下，取決于偏置電壓，對(duì)于檢測低光照水平很重要)，速度，即帶寬(見下文)，與上升和下降時(shí)間有關(guān)，通常受電容影響可能感興趣的其他數(shù)量：當(dāng)施加偏置電壓時(shí)，通常相當(dāng)高的分流電阻會(huì)產(chǎn)生很小的電流。它還會(huì)產(chǎn)生一些熱噪聲電流，這在某些情況下會(huì)限制靈敏度。通常較小的串聯(lián)電阻會(huì)導(dǎo)致與光電流成正比的額外電壓降，并且也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致檢測噪聲。
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