PN结型光电二极管ppt课件.ppt

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1、四.光探测器光源信号调制光纤光纤光探测器信号处理外界参量光探测器是一种光电信息转换器件。在光纤系统中，光探测器的作用是将光纤传来的光信号功率变换为电信号电流。基本概念在光电器件中,自发发射、受激辐射和受激吸收过程总是同时出现的。但对于各个特定的器件,只有一种机理起主要作用。这三种作用机理对应的器件分别是：发光二极管、半导体激光器和光电二极管。本讲提要光电二极管、光电池、光电三极管、光电倍增管、CCD阵列、谐振腔增强型光探测器等(RCE-ResonantCavityEnhanced)光探测器的特性。基本概念光探测器实现光电信息转换基于光电效应

2、。所谓光电效应，是物质在光作用下释放出电子的物理现象。对半导体器件，PN结受光照吸收光能后产生载流子，出现PN结的光电效应。利用这些物理现象制成了许多光探测器。在光纤传感系统中使用的有半导体光电二极管、光电池、光电三级管、光电倍增管和电荷耦合阵列。光探测器是一种光电信息转换器件。在光纤系统中，光探测器的作用是将光纤传来的光信号功率变换为电信号电流。（一）半导体光电二极管基本工作原理当光照到半导体PN结上时，被吸收的光能转变成电能。这一转变过程是一个吸收过程，与前述发光二极管的自然辐射过程和激光二极管辐射过程相反。通常，吸收过程和受激辐射过程

3、是同时存在并互相竞争的。在光电二极管中，吸收过程占绝对优势；而在发光器件中，则辐射过程占绝对优势。吸收过程占优势的器件有两种工作情况：当二极管上加有反向电压时，管中的反向电流将随光照强度和光波长的改变而改变。据此，可以把该器件用作光电导器件，一般说的光电二极管属于这种半导体器件；二极管上不加电压，利用PN结在受光照时产生正向电压的原理，把光电二极管用作光致发电器件，这种器件称为光电池。光纤传感器中这两类器件都得到应用。PN结型光电二极管（PD）PIN结型光电二极管（PIN）雪崩型光电二极管（APD）半导体光电二极管有三种类型基本概念：当PN

4、结受能量大于禁带宽度Eg的光照射时，其价带中的电子在吸收光能后将跃迁到导带成为自由电子；同时，在价带中留下自由空穴。这些由光照产生的自由电子和自由空穴统称为光生载流子。在反向电压的作用下，光生载流子参与导电，从而形成电流。此电流是反向电流，但比无光照的暗电流要大的多。通常，把光照下流过光电二极管的反向电流称为光电二极管的光电流。一．PN结型光电二极管PN结光电效应Light－－－－++++NP_++++－－－－+通常，一个反偏PN结由一个称为耗尽区的区域组成。当有光照时，产生了光生载流子，并在外加反向电压的作用下，耗尽区内产生的电子-空穴分

5、别向相反的方向加速，漂移到N侧和P侧，产生了比例于照射光功率的电流流动。PN结型光电二极管工作原理由于光电流是光生载流子参与导电形成的，而光生载流子的数目又直接取决于光照强度。因此，光电流必定随入射光的强度变化而变化。这表明，加有反向电压的光电二极管能把光信号变成电信号电流。PN结在热平衡状态下无光照时在结区（耗尽区）存在着接触电势差。与发光时相反，如果在PN结上加适当的反向电压，则PN结的结区将被拉宽，并同时在电路中产生一个反向漏电流。一般PN结的反向漏电流很小，称为光电二极管的暗电流。ILightPNDiodePN结二极管二、PIN结

6、型光电二极管PN结型光电二极管的响应时间只能达到10-7s。对于光纤系统的光探测器，往往要求响应时间小于10-8s，这样，PN型不能满足要求，而PIN结型光电二极管就是为了满足这一要求而研制的。特点：在PN结中将N层减少掺杂，以至于看作为本征I，最后为了制成低电阻的接触，才在末端加一层薄的重掺杂N层，这样形成了PIN结。若在PIN结上加上一定的反向电压，耗尽区便可在整个一层展开，即扩展了耗尽区。光生载流子扩散走过的区域则被压缩，克服了光生载流子的扩散时间长的缺点，使PIN结型光电二极管的响应时间缩短。PIN光电管PictureofPINPh

7、otodiodePIN光电管照片三、雪崩型光电二极管--APD由于普通光电二极管产生的电流微弱，进行放大和处理时将引入放大器噪声。为了克服这种缺点，有必要加大光电管的输出电流，由此产生了雪崩型光电二极管。工作原理光电二极管中的光生载流子在强电场（大于105v/cm）作用下高速通过耗尽区向两极移动。在移动过程中，由于碰撞游离而产生更多的新载流子，形成雪崩现象，从而使流过二极管的光电流成百倍的增加。缺点倍增为随机性的，放大电流的随机性或不可预测性限制了管子的灵敏度，所以，在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。硅雪崩型光电二极管管心的结构图硅雪崩型

8、光电二极管管心的结构图PictureofAPD雪崩光电二极管图片比较PIN不能使原信号光电流发生倍增；响应速度快。具有好的光电转换线性度；不需要高的工作电压。APD使原信号光电流