雪崩光电二极管APD的噪声特性研究

蔡司光电二极管阵列光谱仪模块(diodearrayspectromete

蔡司光电二极管阵列光谱仪模块(diode array spectrometer module) 发展外况由于光学技术、材料技术、电子技术、计算机技术的迅速发展，蔡司于十年已开始光电二极管阵列光谱仪模块的生产及应用推广。现今这类产品已成为测量和分析的基本单元。只要在进行系统设计的基础上，配以相应的辅助部件、电路、计算机、软件等，能够研制出满足各种需求的精密仪器设备。以光電二极管阵列光谱仪模块为核心的设备能够测量的参数：发光辐射度、荧光发射度、波长测量、颜色测量、膜层厚度测量、温度测量、浓度测量、气体成分测量等；能够测量的光谱达到的范围：紫外、可见、近红外和红外波段；能够测量的对象：激光、照明光源、发光管、液体、织物、宝石等；模块广泛应用于环境监测、工业分析、缺陷检测、化学分析、食品品质检测、材料分析、医学诊断、临床检验、航空航天、遥感等领域。模块结构光電二极管阵列光谱仪模块，具有一个设计极佳的结构组成，主体机壳全封闭式的将传送光的光纤(OPTICAL FIBRE)、光纤截面转换器(CROSS SECTION CONVERTER)、凹面成像光栅(CONCAVE GRATING)、二极管阵列紧凑(DIODE ARRAY)、永久的粘在一起，并有相应的电路(CIRCUIT BOARD)，构成尽可能小的单元模块。两种模块形式如图1、图2所示。模块的集成和微型是随着光纤技术、光栅技术、二极管阵列检测技术、电子元器件技术、材料技术的进步和发展而来，更多地成为现场检测和实时监控仪器的首选单元。图1 光電二极管阵列光谱仪模块(微型，内置控制电路和前置放大器)

图2 光电二极管阵列光谱仪模块(分辨率高，外置控制电路和前置放大器) 产品特点 1.工艺先进：紧凑的机械结构；全封闭；光学部件永久定位；没有机械调整；具有对机械冲击高度的非敏感性；从而导致非常高的可靠性。 2.仅需要成像光栅，省掉了常规光谱仪中的透镜、凹面镜、平面镜等多个部件。 3.体积小；结构完全免维护；不需重新校正；结实耐用；热稳定性好。 4.可以选择较宽的动态范围和波长范围。 5.高感旋光性；高光谱分辨率；高灵敏度；高效率。 6.良好的波长重复性和波长准确性，结果完全可信。 7.用于各种测量目的，同时多波长测量；完整的多成分分析；测量简单可靠。 8.技术先进：能够连续、稳定、快速的采集光谱数据；测量速度之快，可以用于在线分析。单元模块单元模块的大小是由光纤狭缝、成像光栅、检测器件等部件尺寸决定的。参见图1、图2。从物理光学的角度看，部件尺寸仅由所需要的分辨率决定。由于在许多应用中只需很高的重现性，因此在满足一定分辨率的情况下，采用尽量小的部件。光电二极管阵列光谱仪模块系列的设计理念是：在硬件上尽量简化光、机结构设计，在尽量减少部件数量的同时，不同型号的模块中尽量使用相同部件。模块主体在光电二极管阵列光谱仪模块内部，主体是由UBK7玻璃制成，成像光栅直接贴在玻璃体上，这样光栅是完全固定的，能够理想地防止灰尘和气体的侵蚀。使用高光学密度的材料以及更大的光学孔径，可以使用很小的光栅，从而达到更小的失真。为了达到更好的传输效果，对于紫外波段的模块，固体玻璃主体被换为中空主体并与

雪崩光电二极管的特性

雪崩光电二极管的介绍及等效电路模拟

雪崩光电二极管的介绍及等效电路模拟 [文档副标题] 二〇一五年十月辽宁科技大学理学院辽宁省鞍山市千山中路185号

雪崩光电二极管的介绍及等效电路模拟摘要：PN结有单向导电性，正向电阻小，反向电阻很大。当反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿(隧道击穿)。雪崩击穿是PN 结反向电压增大到一数值时，载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快，利用这个特性制作的二极管就是雪崩二极管。雪崩击穿是在电场作用下，载流子能量增大，不断与晶体原子相碰，使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对，这就是倍增效应。1生2，2生4，像雪崩一样增加载流子。关键词：雪崩二极管等效电路 1.雪崩二极管的介绍雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构（即N+PIP+型结构，P+一面接收光），工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态；它的光吸收区与倍增区基本一致（是存在有高电场的P区和I区）。 P-N结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生载流子受到强电场的加速作用获得足够高的动能，它们与晶格碰撞电离产生新的电子一空穴对，这些载流子又不断引起新的碰撞电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。在0.6～0.9μm波段，硅APD具有接近理想的性能。InGaAs（铟镓砷）/InP（铟磷）APD是长波长（1.3μn，1.55μm）波段光纤通信比较理想的光检测器。其优化结构如图所示，光的吸收层用InGaAs材料，它对1.3μm和1.55μn 的光具有高的吸收系数，为了避免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩区与吸收区分开，即P-N结做在InP窗口层内。鉴于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数，雪崩区选用n型InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其间夹入带隙渐变的InGaAsP（铟镓砷磷）过渡区，形成SAGM（分别吸收、分级和倍增）结构。在APD制造上，需要在器件表面加设保护环，以提高反向耐压性能；半导体材料以Si 为优（广泛用于检测0.9um以下的光），但在检测1um以上的长波长光时则常用Ge和InGaAs（噪音和暗电流较大）。这种APD的缺点就是存在有隧道电流倍增的过程，这将产生较大的散粒噪音（降低p区掺杂，可减小隧道电流，但雪崩电压将要提高）。一种改进的结构是所谓SAM-APD：倍增区用较宽禁带宽度的材料（使得不吸收光），光吸收区用较窄禁带宽度的材料；这里由于采用了异质结，即可在不影响光吸收区的情况下来降低倍增区的掺杂浓度，使得其隧道电流得以减小（如果是突变异质结，因为ΔEv的存在，将使光生

光电二极管

光电二极管光电二极管，英文通常称为 Photo-Diode 一．概述光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度约大，反向电流也约大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光传感器件。二。检测方法 ①电阻测量法用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 ②电压测量法用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。

③短路电流测量法用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。在实际工作中，有时需要区别是红外发光二极管，还是红外光电二极管(或者是光电三极管)。其方法是：若管子都是透明树脂封装，则可以从管芯安装外来区别。红外发光二极管管芯下有一个浅盘，而光电二极管和光电三极管则没有；若管子尺寸过小或黑色树脂封装的，则可用万用表(置1k挡) 来测量电阻。用手捏住管子(不让管子受光照)，正向电阻为20-40kΩ，而反向电阻大于200kΩ的是红外发光二极管；正反向电阻都接近∞的是光电三极管；正向电阻在10k左右，反向电阻接近∞的是光电二极管。三．光电二极管的主要技术参数有： 1.最高反向工作电压； 2.暗电流； 3.光电流； 4.灵敏度； 5.结电容； 6.正向压降； 7.响应时间；光电二极管工作原理光电二极管工作原理光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），

PIN光电二极管

PIN光电二极管 1. 工作原理在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。 2. PIN光电二极管的主要特性 (1) 截止波长和吸收系数只有入射光子的能量 PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。目录 PIN型光电二极管的结构 PIN结的导电特性 PIN型光电二极管的主要参数 PIN型光电二极管的典型应用

PIN型光电二极管的结构 pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图1所示。对于Si-pin133结二极管，其中i型层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m 之间）；i型层两边的p型和n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是：①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压；②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 PIN结的导电特性 pin 结就是在 pin 结的空间电荷区分别在 i 型层两边的界面处，而整个的 i 型层中没有空间电荷，但是存在由两边的空间电荷所产生出来的电场——内建电场，所以 pin 结的势垒区就是整个的 i 型层。 ①基本概念：众所周知，一般 p-n 结的导电（较大的正向电流以及很小的反向电流）主要是由于少数载流子在势垒区以外的两边扩散区中进行扩散所造成的；扩散区是不存在电场的电中性区。在此实际上也就暗示着载流子渡越势垒区的速度很快，即忽略了存在强电场的势垒区的阻挡作用；当然，这种处理也只有在势垒区较薄（小于载流子的平均自由程）时才是允许的。而对于势垒区厚度较大（≈载流子平均自由程）的p-n 结，则就需要考虑载流子在渡越势垒区的过程中所造成的影响，这种影响主要就是将增加一定的产生-复合电流。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用

可编程器件应用电　子　测　量　技　术 EL ECTRONIC M EASUREM EN T TEC HNOLO GY 第30卷第2期2007年2月　雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用孙懋珩　丁　燕 (同济大学电子与信息工程学院　上海　200092) 摘　要:雪崩光电二极管作为光敏接收器件,特别适合用于微弱信号的接收检测,它在相位式激光测距系统中用来接收经过漫反射后微弱的激光信号。针对雪崩二极管反向偏压电路中高纹波的问题,本文设计和分析了一种高效的低纹波偏压电路,实验结果表明,该方法有效抑制了纹波电压。针对雪崩二极管温度漂移的问题,本文设计和分析一种新型的温度补偿电路,使雪崩二极管达到了最佳雪崩增益。针对雪崩二极管噪声问题,分析了主要噪声源,设计了一个低噪声的前置放大电路,实验结果表明,该电路有效地提高了信噪比。综合实验结果表明,这些电路设计对于提高相位式激光测距仪的测量精度是有效的。关键词:雪崩光电二极管;相位式激光测距;纹波;温度补偿;前置放大电路中图分类号:TN710.2 文献标识码:A Study on application of avalanche photodiode in phase laser distance measurement Sun Maoheng　Ding Yan (School of Electronic and Information Engineering,Tongji University,Shanghai200092) Abstract:As a light2sensitive device,avalanche photodiode is particularly suitable for the receiving and detection of weak signal.Therefore,it is always used to receive weak laser signal in the phase laser distance measuring system.To solve the problem of high ripple in the bias voltage circuit,a high efficient circuit with low ripple is designed and analyzed which restrains the ripple effectively.To solve the problem of temperature drift,a new circuit with temperature compensation is designed and analyzed which enables A PD to reach the optimal avalanche gain.To solve the problem of noise,the major noises of A PD are analyzed and a preamplifier circuit with low noise is designed which raise the signal2 to2noise ratio effectively.The results of the experiment indicate that these circuit designs raise the measuring accuracy of the phase laser distance measuring system effectively. K eyw ords:avalanche photodiode;phase laser distance measurement;ripple;temperature compensation;preamplifier 0　引言在相位式激光测距仪的激光接收部分中,雪崩二极管作用非常关键。在激光测距仪中,激光从发射到接收,由于经过目标的漫反射以及衰减,接收到的激光信号非常微弱,使得接收检测相对较为困难,所以一般都用雪崩光电二极管作为光敏接收器件[1]。雪崩二极管具有很高的内部增益,响应速度非常快,但要使雪崩二极管发挥其优异的特性,必须给它提供一个较高的反向偏置电压(一般在几十伏以上甚至几百伏。一般的开关电源可以达到这么高的电压要求,但伴随着会有相对较大纹波电压,电源的纹波电压变化范围越大,对雪崩二极管的影响就越大,它会严重影响到雪崩二极管的最佳增益。针对这一情况,本文提出的一种高效的低纹波偏压电路是通过从高压输出端引出一个反馈电路,直接反馈到高压电路的电源端,通过改变电源电压来改变高压输出。在实验中测得的输出高压的纹波与之前未经低纹波设计的高压电路相比,纹波电压得到了很好的抑制。对于雪崩二极管来说,一个小小的温度变化就能引起增益的很大变化,为了保证温度变化时增益值不变,就必须改变PN结倍增区的电场,因此必须接入一个温度补偿电路,在温度变化时来调整光检测器的偏置电压。本文设计了一个新型的温度补偿电路,用一个模拟温度传感器及一个运放,通过简单的计算公式进行参数配置,最终得出一条与A PD最佳增益非常匹配的反向高压输出曲线。雪崩二极管在倍增过程中产生的附加噪声会大大降低测量的性能,为达到最大信噪比,提高相位式激光测距仪的测量精度,本文对其噪声进行了分析并且设计了一个有效的前置放大电路。实验结果表明,该电路有效地提高了信噪比。将这些电路在相位式激光测距仪接收模块中应用,结果表明,它们对于提高相位式激光测

面向50 Gbps及以上光通信应用的新原理高速雪崩光电二极管的研究

面向50 Gbps及以上光通信应用的新原理高速雪崩光电二极管的研究从二十一世纪开始,光通信技术日渐成熟,信息交互需求也与日俱增,因此,光通信系统必须不断地提高自己的承载能力和处理能力。在二十一世纪初,通信系统对光通信芯片提出的要求是4×10 Gbit/s,到了 2007年,这一要求便被提升到了 4×25G bit/s,从2014年以来,4G网络已经普及化,传统的25 Gbps的光通信芯片已经不能满足系统的需求,这时就需要研发出大于40 Gbps,甚至大于50 Gbps的芯片来填补这一空白。雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD) 因为具有高响应度的特点,在接受模块中被广泛应用。在APD中,空穴和电子参与碰撞离化,产生后续的空穴或电子。在电压较高的情况下,倍增区内的碰撞离化进行地更剧烈,产生的增益更高,但是APD的响应时间也更长;如果降低APD两端所加的电压,APD的响应速度得到了提升,但是牺牲了增益数值。因此,在APD中存在着增益-带宽积的限制瓶颈,传统的采用InP或InAlAs作倍增层的APD的极限增益-带宽积分别在80～120 GHz和105～160 GHz之间,这两种结构的APD很难满足大于50 GHz光通信的要求。除了雪崩建立时间之外,限制APD往更高速发展的因素还有RC常数、载流子渡越时间、材料的等效k值等等,因此,本文将要从多个角度出发,探寻使APD突破50 G带宽的新原理及新方法。在本文中,提出了采用三维结构倍增区来提升APD带宽的方法,为了给新的结构提供理论支持,在本文中完善了三维Dead Space理论,通过分析不同电场线上的碰撞离化过程并优化电场分布,

雪崩光电二极管的特性

雪崩光电二极管工作特性及等效电路模型一．工作特性雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件，它利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益。在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下进行高速定向运动，具很高动能的光生电子或空穴与晶格院子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子---空穴对；二次电子---空穴对在电场的作用下获得足够的动能，又是晶格原子电离产生新的电子----空穴对，此过程像“雪崩”似的继续下去。电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子，这时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加，其电流倍增系数定义为： 0/M I I = 式中I 为倍增输出电流，0I 为倍增前的输出电流。雪崩倍增系数M 与碰撞电离率有密切关系，碰撞电离率表示一个载流子在电场作用下，漂移单位距离所产生的电子----空穴对数目。实际上电子电离率n α 和空穴电离率p α是不完全一样的，他们都与电场强度有密切关系。由实验确定，电离率α与电场强度E J 近似有以下关系： ( ) m b E Ae α-= 式中，A ，b ，m 都为与材料有关的系数。假定n p ααα==，可以推出 0 1 1D X M dx α= - ? 式中, D X 为耗尽层的宽度。上式表明，当 1D X dx α→? 时，M →∞。因此称上式为发生雪崩击穿的条件。其物理意义是：在电场作用下，当通过耗尽区的每个载流子平均能产生一对电子----空穴对，就发生雪崩击穿现象。当 M →∞时，P N 结上所加的反向偏压就是雪崩击穿电压B R U . 实验发现，在反向偏压略低于击穿电压时，也会发生雪崩倍增现象，不过这时的M 值较小，M 随反向偏压U 的变化可用经验公式近似表示为 11() n BR M U U = - 式中，指数n 与P N 结得结构有关。对N P +结，2n ≈;对P N + 结，4n ≈。由上式可见，当BR U U →时，M →∞，P N 结将发生击穿。适当调节雪崩光电二极管的工作偏压，便可得到较大的倍增系数。目前，雪崩光电二

光电二极管检测电路的组成及工作原理

光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。在该电路中,光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F（1）图1 单电源光电二极管检测电路式（1）中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/（2p R F C RF）。用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/（2p R F C RF）,即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。

半导体雪崩光电二极管(精)

半导体雪崩光电二极管半导体雪崩光电二极管 semiconductor avalanche photodiode 具有内部光电流增益的半导体光电子器件，又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，适用于以微弱光信号的探测和接收，在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。人们最初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态；在此以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增，从而使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年，K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报道锗和硅的PN结在接近击穿时的光电流倍增现象。1955年，S.L.密勒指出在突变PN结中，载流子的倍增因子M随反向偏压V的变化可以近似用下列经验公式表示 M＝1/[1-(V/VB)n] 式中VB是体击穿电压,n是一个与材料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压非常接近于体击穿电压时，二极管获得很高的光电流增益。PN结在任何小的局部区域的提前击穿都会使二极管的使用受到限制，因而只有当一个实际的器件在整个PN结面上是高度均匀时，才能获得高的有用的平均光电流增益。因此，从工作状态来说，雪崩光电二极管实际上是工作于接近（但没有达到）雪崩击穿状态的、高度均匀的半导体光电二极管。1965年，K.M.约翰逊及L.K.安德森等分别报道了在微波频率下仍然具有相当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此，雪崩光电二极管作为一种新型、高速、灵敏的固态光电探测器件渐渐受到重视。性能良好的雪崩光电二极管的光电流平均增益嚔可以达到几十、几百倍甚至更大。半导体中两种载流子的碰撞离化能力可能不同，因而使具有较高离化能力的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下获得较高的雪崩倍增。但是，光电流的这种雪崩倍增并不是绝对理想的。一方面，由于嚔随注入光强的增加而下降，使雪崩光电二极管的线性范围受到一定的限制，另一方面更重要的是，由于载流子的碰撞电离是一种随机的过程，亦即每一个别的载流子在耗尽层内所获得的雪崩增益可以有很广泛的几率分布,因而倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机起伏，即光电流中的噪声有附加的增加。与真空光电倍增管相比，由于半导体中两种载流子都具有离化能力，使得这种起伏更为严重。一般将光电流中的均方噪声电流〈i戬〉表示为〈i戬〉＝2qI0嚔2F(嚔)B

光电二极管 (2)

光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。检测方法 ①电阻测量法用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10MΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 ②电压测量法用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。 ③短路电流测量法用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。主要技术参数： 1.最高反向工作电压； 2.暗电流； dark current 也称无照电流光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。此外在生理学方面，是指在无光照时视网膜视杆细胞的外段膜上有相当数量的Na离子通道处于开放状态，故Na离子进入细胞内，形成一个从外段流向内段的电流，称为暗电流（dark current）。暗电流是指器件在反偏压条件下,没有入射光时产生的反向直流电流.(它包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流.) 所谓暗电流指的是光伏电池在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流

光电二极管

光电二极管又名：photodiode 光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。工作原理一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。这样的机制也被称作是内光电效应。如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。光电压模式当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。光电导模式当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊&mid dot;奈奎斯特噪声（Johnson–Nyqu ist noise）会造成较大的影响。其他工作模式

光电二极管三极管的性能及运用

光电二极管及光电三极管的工作原理及用途可得工贸的光电二极管和光电三极管具有低功耗、响应速度快、抗干扰性能强等特点，可得公司是一家专业从事研发, 生产,销售LED和红外光电器件的高新技术企业：其中光敏二极管、850nm/940nm红外发射管，LED数码管，数码模块，以及发光二极管等产品以良好的品质受到市场的认可。在红外遥制系统中，光电二极管(也称光敏二极管)及光电三极管(也称光敏三极管)均为红外线接收管，它把接收到的红外线变成电信号，经过放大及信号处理后用于各种控制。除广泛用于红外线遥控外，还可用于光纤通信、光纤传感器、工业测量、自动控制、火灾报警器、防盗报警器、光电读出装置(纸带读出器、条形码读出器等)及光电耦合器等方面。不同用途的光电二极管有不同的外形及封装，但用于红外遥控的光电二极管一般都是树脂封装的。为减少可见光的干扰常采用黑色树脂，可以滤掉700nm波长以下的光线。常见的几种光电二极管外形。对方形或长方形的管子，往往做出标记角，指示受光面的方向。一般如引脚长短不一样，长者为正极。光电三极管可以等效为一个光电二极管与一只晶体三极管的组合，所以它具有电流放大作用。其等效电路、外形及电路符号，光电三极管一般仅引出集电极及发射极两个引脚，外形与一般发光二极管一样，常用透明树脂封装。光电二极管及光电三极管的管芯主要用硅材料制作。光电二极管的两种工作状态当光电二极管加上反压时，管子的反向电流将随光照强度的变化而变化如同一个光敏电阻，光照强度越大电阻越小，反向电流越大。大多数情况都工作于这种状态。光电二极管上不加电压，利用P?N结受光照射时产生正向电压的原理，可看作微型光电池。这种工作状态一般用作光电检测器。光电二极管的工作电压VR ，允许的最高反向电压一般不超过10V，最高的可达50V。暗电流ID及光电流IL ，无光照时，加一定反压时的反向漏电流称为暗电流ID，一般ID小于100nA ???。加一定反压并受到光照时流过管子的电流称为光电流 IL，一般光电流IL为几十微安 ???，并且与照度成线性关系。光谱特性。硅光电二极管的光谱范围为400～1100nm，其峰值波长为880～900nm，如图7所示。这与GaAs红外发光二极管的波长相匹配，可获得较高的传输效率。但它除能接收红外光以外，对可见光也敏感，所以要加滤光措施或防止阳光或灯光的干扰。光电三极管的特性与一般晶体管相同，差别仅在于参变量不同：三极管的参变量是基极电流，而光电三极管的参变量是入射光强。光电三极管的主要参数有：反向击穿电压VR(最小的为5V，最大的可达75V以上)；暗电流ID小于0?3μA (300nA)；光电流IL在0?4～2．5mA之间，最大功耗Pm为50～100mW。 PH302及PT331C的主要特性。

P系列线性光电二极管阵列图像传感器

P系列线性光电二极管阵列图像传感器 14μm, single output, 512, 1024, 2048像素特点 ●扩展光谱范围—200 到 1000 nm ●40MHz 像素读出率且70Hz行速率 ●>2500:1动态范围 ●5V时钟 ●14μm的正方形像素，100％的填充因子 ●超低图像滞后 ●电子曝光及抗模糊控制说明在P系列线阵传感器中,PerkinElmer结合最好的高灵敏度光电二极管阵列探测特性和高速电荷耦合扫描,为提高先进的图像应用需求提供坚实地解决方案. 这些高性能成像系统,低噪声、高灵敏度、令人印象深刻的电荷存储能力,和无延迟的动态成像以方便地单输出架构形式.这些14μm方形连续像素图像传感器减少图像信息最低损失和人工修饰,而独特的光电二极管结构提供延展低于250nm出色的蓝色响应并进入到紫外线. 仅要求5V时钟的两相CCD读出寄存器已经达到出色的电荷转移效率.附加电极提供单独地曝光和抗晕控制.最终,高灵敏读出放大器提供大的输出信号,在随后相机电路缓和要求的噪声. 可用的标准阵列长度512,1024和2048像素,分别带玻璃或二氧化硅窗口中,这些通用图像传感器广泛用于高速文本读出,web检查,邮件分类,产品测量和计量,位置识别,和其它工业以及需要最大图像性能的特定应用. P系列结合了带高速CCD读出寄存器和高灵敏读出放大器的高性能光电二极管.详细构造参见图1. 图1.图像传感器功能框图光探测区域 P系列成像系统的光探测区域是连续以14μm为中心光电二极管的线性阵列.这些光电二极管是使用PerkinElmer设计扩展短波长敏感深度UV低于250nm,先进的光电二极管构成,以保持100%填充因子和交付极低的图像延迟.这个独特的设计也避免在光探测区域,多晶硅层中减少多数CCD图像传感器的量子效应.P系列图像传感器支持通用可视的玻璃窗口或UV低于250nm下的石英玻璃窗口. P系列图像传感器可以支持外部附加窗口中.看图2a和2b对于敏感度和传输曲线.

光电二极管特性参数的测量及原理应用(精)

工作总结实验报告 / / 光电池/光敏电阻/光电二极管特性参数的测量指导人：朱小姐实验类型：工作检验及年终总结实验地点：搏盛科技光电子半导体实验室实验目的：销售技能的考察，产品及相关知识的了解情况，年终总结实验日期：2011 年 12 月 26 日姓名：陈帅职位：销售工程师手机号：159******** Email: chenshuaisz1688@https://www.360docs.net/doc/599601331.html, 概述光电效应是指入射光子与探测器材料中的束缚电子发生相互作用，使束缚电子变成为自由电子的效应。光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。入射光子引起探测器材料表面发射电子的效应称为外光电效应。入射光子激发的载流子（电子或空穴）仍保留在材料内部的效应称为内光电效应。内光电效应器件有光电导探测器（例如光敏电阻）、光生伏特器件（光电池、光电二极管、光电三极管）。实验内容测量三种内光电效应器件（光敏电阻、光电池、光电二极管）的特性参数。注意事项 a 做实验请关灯，以达到良好的测量效果。 b 拆卸数据线时不要用力硬拽，拆不下来请转个角度拆。 c 请在自己的实验桌上做实验，不要到别的实验桌旁干扰同事做实验，更不要动他人的仪器。 d 请勿触摸光学镜片的表面。 e 测量时不要碰导线，否则数据不稳定。更不能用力拉扯导线，导致接头脱落。 f 实验完毕关闭所有电源开关。实验报告报告开头请填入姓名、职位、手机号、实验日期。实验完成后，请将报告打印出来，在有实验数据、图表的页脚签名，然后交到朱小姐办公桌上。 Word 文件请以“实验报告+姓名”命名，发到朱小姐邮箱。请在元旦节前完成。签名: 第 1页光敏电阻的特性曲线测量一. 目的要求测量 CdS（硫化镉）光敏电阻的伏安特性和光照特性。实验要求达到： 1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线 2、绘制出光照特性曲线 3、理解光敏电阻的光电特性二. 实验原理某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。光敏电阻是基于光电导效应工作的元件。光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。由于光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，只要把它当作电阻值随光照度而变化的可变电阻器对待即可，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。因此光敏电阻在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导、激光外差

PIN光电二极管

PIN光电二极管 1.工作原理在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I 层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。 2.PIN光电二极管的主要特性 (1)截止波长和吸收系数只有入射光子的能量 ?PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。目录 ?PIN型光电二极管的结构

?PIN结的导电特性 ?PIN型光电二极管的主要参数 ?PIN型光电二极管的典型应用 PIN型光电二极管的结构 ?pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图1所示。对于Si-pin133结二极管，其中i型层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m之间）；i型层两边的p 型和n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是：①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压；②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 PIN结的导电特性

光敏二极管的主要技术参数介绍

光敏二极管的主要技术参数介绍光敏二极管又称光电二极管，是一种光电转换器件，也就是说能把接收到的光的变化，转变成电流的变化。目前使用最多的是Si（硅）光电二极管。它有四种类型：PN结型，PIN结型，雪崩型和肖特基结型，主要用于自动控制、如光耦合、光电读出装置、红外线遥控装置、红外防盗、路灯的自动控制、过程控制、编码器、译码器等。以下简介比较常用都是PIN结型光敏二极管，如下图：光敏二极管引脚的区分通常直接查看光敏二极管的引脚长短即可区分:引脚长的为正极(P极)，引脚短的为负极(N极)。对于有色点或管键标识的管子，其靠近标识的一脚为正极，另一脚为负极。在无光照射时，光敏二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向电流叫暗电流，一般在几微安到几百微安之间，其值随反向偏压的增大和环境温度的升高而增大。在检测弱光电信号时，必须考虑用暗电流小的管子。一般光敏二极管的工作方式为加反向电压或不加电压两种状态。在有光照时，光敏二极管在一定的反偏电压范围内（UR≥5V），其反向电流将随光照强度（10-103Lux范围内）的增加而线性增加，这时的反向电流又叫光电流。因此，对应一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个光电池，输出电压P区为正，N区为负，随光照强度的改变，由于光电转换光敏二极管两极的输出电压也随着改变。因此可用数显万用表的区别正负极，方法是将万用表置于Rx1k挡，用物体挡住管子的受光窗口，用红、黑表笔对调测出两次阻值，其阻值较大的一次测量(反向阻值)，红表笔所接的引脚为负极，黑表笔所接的引脚为正极。

光敏二极管有一定光谱响应范围，并对某波长的光有最高的响应灵敏度（峰值波长）。光敏二极管对于照射光线的响应程度是不一样的，它某一范围内的光谱有着最强烈的响应，而对另外一些光波则响应不佳，主要表现为反向电流的大小不一。因此，要想获取最大的光电流，应选择光谱响应特性符合待测光谱的光敏二极管，同时加大照度和调整入射的角度。常见的光敏管一般有可见光（透明封装的），不可见光（黑色封装的）其光谱响应特性图如下图所示：光敏二极管主要的一些参数：最高反向工作电压BVR (Reverse Breakdown Voltage):是指光敏二极管在无光照的条件下，反向漏电流不大于0.1mA时所能承受的最高反向电压值。暗电流ID(Dark Current):是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流。暗电流越小，光敏二极管的性能越稳定，检测弱光的能力越强。光电流IL(Reverse Lithg Current):是指光敏二极管在受到一定光照时，在最高反向工作电压下产生的电流。其参数数值会根据器件的使用功能分别测量，测量的条件一般有:用2856K钨丝光源，照度为1000Lux；有用6500K白色荧光灯光源，照度为1000Lux,不过进行批量生产时，都会用白光LED来做替代光源；或是选用940nm波段红外光源，强度为1mW/m2 进行测试。光电灵敏度Sn:它是反映光敏二极管对光敏感程度的一个参数，用在每微瓦的入射光能量下所产生的光电流来表示，单位为μA/μW。响应时间Tr/Tf (Rise/Fall Time):光敏二极管将光信号转化为电信号所需要的时间，一般为几十纳秒。响应时间越短，说明光敏二极管的工作频率越高。正向压降VF:是指光敏二极管中通过一定的正向电流时，它两端产生的压降。结电容Ct(Total capacitance):指光敏二极管PN结的电容。Ct是影响光电响