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1、‘翻先学仪吞‘,口日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此器件的应用、占口口一前门曰口仁二、、、、、、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,,,得到广泛的应用而且在航天航空遥感中也有很好的使用因此硅光电二极管具有广’·。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
2、、、二基本原理结构与设计,硅光电二极管的本质是一个反向偏置的半导体二极管与硅光电二极管的结构相,比见图不同之处是在重掺杂的区。和区之间夹有一层叫做本征层层的半导体。其工作原理由图所示当结受到上电极上电板,翱光照射时光子和半导体晶格原子相互作艺层,。从﹃下区足山忆刀户区用当入射光子能量五一超过硅材料。二。,禁带宽度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,尸入硅光电二极管硅光电二极管对这种电子空穴对被外加电场拉开图典型硅光电二极管结构—,,电子向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。这就是硅光电二极管的简单工作原理’由于硅光电二极管能选择
3、耗尽层即层,,的厚度使灵敏度和响应速度最佳化故它比硅光电二极管更为优越的探测器。是,。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,,以价证其有足够的受光面有较浅与普通二极管相比它需要较大的工作面和较小的电极一一期光李仪导乓券,以的结深度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‘。·,—,的型硅材料利用足够宽的空间电荷区宽度。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
4、具有较大的抗辐射能力这很适合于遥感方,面的应用,为满足遥感外的其他需蒙称们还设计了不同的管壳和相,工硅光电二排管工作环理。,以。管座封装主要用平玻瑞为窗口便于对准和探测三、器件性能。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、。流几产生电流’和表面漏电流所组成。反向饱和书疼提肉少教载流子引起的可表示为一一‘安培、万·下。式中秒载流子寿命以材料电阻率—,—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‘火一工坦哩亡丛凶兰生介。式中一接触电位奉一外加屏偏压,,表两漏电沫是由蜻的皿塌电牌形成的旁路电娜作为舞测器是
5、不能琴略的林晴电瘫,。,卜,由于睛电流’是反偏,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。‘。、。暗电流测试原理图见图笋暗电流与反偏压晴电流与温摩的关系也由终系雏禅鼻户我们研制的珍型硅犬电二择管寒为取系列本文并始出稗们研制的即型‘辉一一翔先今体释曰口‘,‘,叫甲‘、目曰侧一口。一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泊保护暗电流小电必纷堆粉。一,噪声低时一可达“级一“。一一可达级图表示暗电流与反。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十式求。,图晴电流测试原理图得与反偏压关系曲线从图可知暗电流,与反偏压关系的实测值同计算值
6、的斜率较接近琴脚,,妇器件的实测值的斜率稍大是由于漏电流影响的二龙冲结果。图表示暗电流与环境温度的关系硅。光电二极管的反向饱和电流互般比产生电流,,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‘,本征载流子浓度八一邝耗一‘’脚’喂汤尽层宽度攘峰艰度影响的情况下毛暗电与反偏压的关系脚举,二,,,,。,。二,、取吵。郊‘”鑫‘弃种声子一釜井⋯一’畏经粤,欲‘卜,‘‘,朴一一,,一砂邓,‘,”式中和晕与温度天关的部场母式灭作为。暗电流计算,兮式值表示在图中由图可知暗电派随,着温度的升高而增加其斜率与由式得到的计算。,。值基本一致当温度每增加约℃暗电流增加一倍才
7、电容,、硅光电二极管的电齐包括精书谷管牵电容弓线、。金属化电容等』嘟容结电容解可表示为、对几‘·一“”吕又图晴电流与舒掉屏度的关系“叽介。一·印〕法拉。电容测量原理如图所示图表示电容一。一￡反偏压服和鑫特性电阻被训特妇劝妞蕊一—二·—率的材料做成的器件电容为器件记录仪、‘,“。一,,—特性近似于直缘可认为是来变结由该直毋电容那试原理图。线的料率求得衬底的浓度与硅片材料的实际电阻率相许一一劝粉光学特性,沪容电位苗容于于积相
