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《PIN硅光电二极管的原理和应用_王子孟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、`翻先学仪吞`...........,.~..口..~......日N硅光电二极管的原理和应用王子孟(中国科学院上海技术物理二研究所)提要本文介绍了一种供遥感仪器使用的具有高可靠性高响应率的PIN硅光电二机。,管文中拒要地论述了该器件的基本原理和设计要点并对其性能作了较详细的图解和分析。最。后简单介绍T此器件的应用、.占~..口.口.一前.门.曰口仁二、、、、、、PIN硅光电平面二极管具有快速室温廉价坚固灵敏度高量子效率高体积、、、。、、、小重量轻可靠性好使用方便等特点它不仅在工农业生产军事科研天文地理中,,因此
2、,N硅光电二极管具有广得到广泛的应用而且在航天航空遥感中也有很好的使用PI。-一’·;阔的发展前景。。本器件是根据遥感仪器的特殊要求而研制的经过几年来的买践已取得满意的结果、、二基本原理结构与设计N硅光电二极管的本质是一,PN硅PI个反向偏置的半导体二极管与光电二极管的结构相,:比(见图l)不同之处是在重掺杂的P区和。N区之间夹有一层叫做本征层(i层)的半导体。(其工作原理由图2所示)当PN结受到上电极上电板,//翱艺层光照射时光子和半导体晶格原子相互作,下N。J山忆刀I户从区ō用当入射光子能量E=五v一超过硅材
3、料区足。二v。,禁带宽度Eh就在耗尽区中或离耗极下电提尽区边沿一个扩散长度内产生电子空穴。一,a)尸入硅光电二极管b)PIN硅光电二极管对这种电子空穴对被外加电场拉开图1典型硅光电二极管结构电子向—,P,N区漂移空穴向区漂移当载流,。子的移动通过耗尽层时在外电路形成光电流。这就是PIN硅光电二极管的简单工作原理’由于PIN硅光电二极管能选择耗尽层(即i层)的厚度,,使灵敏度和响应速度最佳化故它PN。是比硅光电二极管更为优越的探测器,。PIN硅光电二极管是光电器件的重要组成部分是可见光和近红外光波段的主要探测器比,
4、它需要较大的工作面和较小的电极,;与普通二极管相以价证其有足够的受光面有较浅一1一期光李4仪导乓券,;的PN结深度以提高光电转换能力表面需用二氧化硅保,,。护以保证管子的稳定性减少暗电流和光线反射P州硅光电二极管的耗尽居宽度基本上与外加反偏压的,、、平方根成正比同时还与灵敏度产生电流响应时间有。,关使用中综合考虑各种因素选择电阻率为90·`3000。cm的N型硅材料,区宽—度,利用足够宽的空间电荷。保证灵敏度的提高和降低电寄值将会得到良好的效果其中,高电阻率的材料具有较大的抗辐射能力这很适合于遥感方面的应用,为满
5、足,遥感外的其他需蒙称们还设计了不同的管壳和相,P工N硅光电二排管工作环理。主要用,。管座封装平玻瑞为窗口以便于对准和探测三、器件性能。1电学特性(衷)暗电终,。硅光电二极管的暗电流是在无步照时尽向偏耸条件下的尽向电饰主哥肉厚向诲和电、。11流几产生电流’I和表面漏电流所组成。:反向饱和书疼I提肉少教载流子引起的可表示为x一16一1610pAI`=(安培)(2)、万:下.·c式中(秒)载流子寿命以。m)材料电阻率六《腆”—始灵琢面面积,—一,;产生电流称是由于复合巾心的存在所引杯可表示为,一`典些乙`.1.r=4
6、火10一14工坦哩亡丛凶兰生(3)介。:外加屏偏压式中Ya一接触电位奉h一I;,作为舞测器是不能琴略的,表两漏电沫是由蜻的皿塌电牌形成的旁路电娜:林晴电瘫,15+I。+1,卜1(4)’I是反偏,由于睛电流v,和跟度的函数因此测晕暗电海是在一定的瓜度和反偏乐下进行的。.暗`。暗电流与反偏压、。电流测试原理图见图笋晴电流与温摩的关系也由终系雏禅鼻Pl珍型硅犬电二择管户UT我们研制的寒为取NT4系列本文并始出稗们研制的即型`辉一2一翔4先今体释曰侧曰口`,..`,...叫.甲`.、.目........一口.......
7、......~-.。一X系列)硅光电二极管部分性能供参考由于一,:,,是采用平面结构表面用s泊保护暗电流小。R=:一,电必纷堆粉噪声低v10V时PINT一1可达10“A级PINT6可达一“A级。一一10图4表示暗电流与反。偏压的关系该图并附上暗电流的计算值(以实奄老际的材料和工艺参数代入式(2)十式(3)求。,VR从图可知图3晴电流测试原理图得)与反偏压关系曲线暗电流与,反偏压关系的实测值同计算值的斜率较接近琴脚,,妇r~器件的实测值的斜率稍大是由于漏电流影响的二龙2冲.结果5。图表示暗电流与环境温度的关系PIN
8、硅。光电二极管的反向饱和电流互-s般比产生电流I,,低得多如果器件做得好的话表面漏电流也可,。不计那么暗电流主要就由产生电流几决定当n:=一E`,’本征载流子浓度UTa八exP(邝KT)耗一`脚’喂汤:尽层宽度W攘峰艰度影响的情况下脚毛暗电举与反偏压的关系,_二_._:,,.,.,_。,。二,、取吵I。~`”qw鑫`n;=qw弃种声/子一EKT)郊I2釜…井一’畏2经粤U
