半导体光电检测器件及应用

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1、光电二极管的分类：按材料分，光电二极管有锗、硅，及Ⅲ－Ⅴ族　化合物砷化镓、锑化铟等许多种。按结构分，有PIN(改进型)、APD(雪崩型)、同质结与异质结之分。其中最典型的是同质结硅光电二极管。从对光的响应来分，有用于紫外光、可见光及红外光等种类。国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型的不同，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底，2DU系列以P-Si为衬底。2CU系列的光电二极管只有两条引线，而2DU系列光电二极管有三条引线。3.3光电二极管与光电三极管光敏二极管结构光敏二极管与普通二极管一样有

2、一个PN结，属于单向导电性的非线形元件。外形不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换。为了获得尽可能大的光生电流，需要较大的工作面，即PN结面积比普通二极管大得多，以扩散层作为它的受光面。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极管浅。3制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。由于硅器件较之锗器件暗电流温度系数小得多制作硅器件采用平面工艺使其管芯很容易精确控制因此硅光电二极管得到广泛应用4光电二极管与光电池的特性比较基本结构相同，由一个PN结；光电二极管的光敏

3、面小，结面积小，频率特性好，虽然光生电动势相同,但光电流普遍比光电池小,为数微安。掺杂浓度：光电池约为1016-1019/cm3，硅光电二极管1012~1013/cm3，电阻率：光电池0.1-0.01Ω/cm，光电二极管1000Ω/cm。光电池零偏压下工作，光电二极管反偏压下工作。光电二极管的工作原理NP光+_外加反向偏压符号硅光电二极管的两种典型结构，其中(a)是采用N型单晶硅和扩散工艺，称为p＋n结构。它的型号是2CU型。而(b)是采用P型单晶和磷扩散工艺，称n＋p结构。它的型号为2DU型。2CU型2DU

4、型硅光电二极管的结构8硅光电二极管的封装硅凸镜有聚光作用，利于提高灵敏度，可减小杂散光影响，但与入射光方向有关，需考虑入射光的对准；平面镜易对准，但也易受杂散光影响。9光电二极管的伏安特性加正向偏压时，表现为单向导电性。作为光敏二极管使用时，需要加反向偏压，当有光照时会产生光电流，且光电流远大于反向饱和电流。反向偏压可以减小载流子的渡越时间和二极管的极间电容。IUOE2>E1>E0E0E1E3反向偏压较小时反向电压达到一定值时。uiO暗电流E=200lxE=400lx10光电二极管的光谱特性1、光敏二极管在较

5、小负载电阻下，光电流与入射光功率有较好的线性关系。2、光敏二极管的响应波长与GaAs激光管和发光二极管的波长一致，组合制作光电耦合器件。3、光电二极管结电容很小，频率响应高，带宽可达100kHz。11光电二极管的温度特性光电二极管的温度特性主要是指反向饱和电流对温度的依赖性，暗电流对温度的变化非常敏感。暗电流/mA1020305070T/ºC25050406012光电二极管的典型应用电路应用电路EhνRLVoRL+EVohν13光电二极管的典型应用电路电流放大型VoRf2CR+_ACRf2CRVo+_ARLR

6、f电压放大型PIN管是光电二极管中的一种。它的结构特点是，在P型半导体和N型半导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。这样，PN结的内电场就基本上全集中于本征层中，从而使PN结双电层的间距加宽，结电容变小。时间常数变小，频带变宽。PIN光电二极管P-SiN-SiI-SiPIN管结构示意图I层很厚，吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子-空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率，从而使灵敏度得以提高。两侧P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占

7、支配地位，从而大大提高了响应速度。P-SiN-SiI-SiPIN光电二极管原理I层所起的作用:本征层的引入，明显增大了p+区的耗尽层的厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。耗尽层的加宽，也可以明显减少结电容Cj,从尔使电路常数减小。同时耗尽加宽还有利于对长波区的吸收。性能良好的PIN光电二极管，扩散和漂移时间一般在10-10s数量级，频率响应在千兆赫兹。实际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素是电路的时间常数。合理选择负载电阻是一个很重要的问题。PN结PIN结17特点：1、频带宽，可达10GHz。2、本征

8、层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。3、由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，且集中在本征层，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变宽。4、本征层电阻很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。目前有将PIN管与前置运算放大器集成在同一芯片上并封装成一个器件。18雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。这种管