《光生伏特器》课件

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1、第3章光生伏特器件光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）等利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件，也称结型光电器件。光生伏特效应是基于两种材料相接触形成内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒的两边，从而形成了光生电动势。光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应，而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。结型光电器件与光电导器件的区别：（1）产生光电变换的部位不同（2）光敏电阻没有极性，而结型光电器件有确定的正负极性（3）光敏电阻驰豫时间较大，结型器件驰豫时间相应较小，因此响应速度较

2、快（4）有些结型光电器件灵敏较高，可以通过较大的电流一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程在热平衡条件下，由于p-n结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过p-n结的电流方为：一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程代表正向电流，方向从p端经过p-n结指向n端，它与外电压有关，时它将迅速增大；时等于零，即平衡状态，时它趋向于零。第二项代表反向饱和电流，它的方向与正向电流方向相反，它随反向偏压的增大而增大，渐渐趋向饱和值，故称反向饱和电流，也是温度的函数，即随温度升高有所增大。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结当光

3、照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区激发电子-空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺着电场运动，电子逆着电场运动，在开路状态，最后在n区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生电压UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生电压将永远存在。(1)光生伏特效应一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程一种是光激发产生的电子-空穴对在内建电场作用下，形成的光生电流，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流相同。另一种是光生电流流过负载

4、电阻产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生正向电流。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程流过p-n结的总电流为：其中光生电流与光照有关，并随光照的增大而增大，有或者写成：一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程三、硅光电二极管光电二极管通常在反偏置条件下工作，即光电导工作模式。优点是可以减小光生载流子渡越时间及结电容，可获得较宽的线性输出和较高的响应频率。制作光电二极管的材料很多，有硅、锗、砷化镓、碲化铅等，在可见光区应用最多的是硅光电二极管。1、硅光电二极管的工作原理硅光电二极管工作在光

5、电导工作模式。在无光照时，若给p-n结加上一个适当的反向电压，流过p-n结的电流称反向饱和电流或暗电流。三、硅光电二极管当硅光电二极管被光照时，则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。光照越强，光电流就越大。1、硅光电二极管的工作原理硅光电二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N型硅为衬底的2CU型两种结构形式。三、硅光电二极管2、硅光电二极管的电流方程在无光照时，PN结硅光电二极管的伏安特性曲线与普通PN结二极管的特性一样，其电流方程为三、硅光电二极管反向偏置时，ID和U均为负值且>>时的电流，称为反向电流或暗电流。2、硅光

6、电二极管的电流方程三、硅光电二极管当有光照射光电二极管时，光生电流为，其方向为反向。光电二极管的全电流方程为式中η为光电材料的光电转换效率，α为材料对光的吸收系数。波长的光辐射作用于光电二极管时，定义其电流灵敏度为入射到光敏面上辐射量的变化（例如通量变化dΦ）引起电流变化dI与辐射量变化之比3、光电二极管的特性参数电流随光辐射的变化是线性的。三、硅光电二极管（1）光电二极管的灵敏度用不同波长的光照射光电二极管时，电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（2）光谱响应典型硅光电二极管光谱响应长波限为1.1μm左右，短波限0.4μm，峰值响应波长为0.

7、9μm左右。光电二极管的时间响应（频率响应）主要由载流子的渡越时间和RC时间常数决定。3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（3）时间响应（1）载流子的渡越时间①漂移时间：在p-n结区内光生载流子渡越结区的时间②扩散时间：在p-n结外产生的光生载流子扩散到结区内所需要的时间。影响光电二极管时间响应的主要因素是扩散时间，为了减少扩散时间，如何扩展p-n结的结区？3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（3）时间响应（1）增大反向偏压