第04章光伏探测器(zm2014秋)
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光伏探测器详解PPT课件
雪崩光电二极管是具有内增益的光伏探测器，它是利用 光生载流子在高电场区内的雪崩效应而获得光电流增益的， 它具有灵敏度高，相应快等优点。 用于制作雪崩二极管的材 料主要是硅和锗，实际的器件具有极短的响应时间，即数以 千兆的相应频率，高达100到1000的增益，所以在光纤通讯、 激光测距、激光雷达和光纤传感器等领域得到了广泛的应用。
第四象限：零偏压光伏工作模式。
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9
有光照时，若PN结外电路接上负载电阻 ,如图所示，
在PN结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激 发产生的电子-空穴对形成的光生电流 ,它与光照有关， 其方向与PN结方向饱和电流 相同;另一种是光生电流 流过负载电阻 产生电压降，相当于在PN结施加正向 偏置电压，从而产生正向电流 ，总电流 是两者之差， 可编即辑课流件 过负载的总电流为： 10
在p-n结施加正向偏置电压，从而产生电 流ID。
流过负载的总电流是两者之差：
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5
（2）反向偏置的光电导工作模式 无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻 变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变 化而变化。类似光电导器件。
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6
（3）正向偏置的工作模式 呈单向导电性，和普通二极管一样，光电 效应无法体现。
当光伏探测器受热噪声限制时提高探测率的关键在于提高结电阻和界面积的乘积和降低探测器的工作温度当光伏探测器受背景噪声限制时提高探测率主要在与采用减小探测器视场角等办法来减少探测器接收的背景光子数ppt精选版19和其他选择性光子探测器一样光伏探测器的响应率随人射光波长而变化
光电子技术课堂展示 ——光电探测器
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13
2、零伏偏置电路 光伏探测器在自偏置的情况下，若负载电阻为零，
第四象限：零偏压光伏工作模式。
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有光照时，若PN结外电路接上负载电阻 ,如图所示，
在PN结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激 发产生的电子-空穴对形成的光生电流 ,它与光照有关， 其方向与PN结方向饱和电流 相同;另一种是光生电流 流过负载电阻 产生电压降，相当于在PN结施加正向 偏置电压，从而产生正向电流 ，总电流 是两者之差， 可编即辑课流件 过负载的总电流为： 10
在p-n结施加正向偏置电压，从而产生电 流ID。
流过负载的总电流是两者之差：
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5
（2）反向偏置的光电导工作模式 无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻 变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变 化而变化。类似光电导器件。
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（3）正向偏置的工作模式 呈单向导电性，和普通二极管一样，光电 效应无法体现。
当光伏探测器受热噪声限制时提高探测率的关键在于提高结电阻和界面积的乘积和降低探测器的工作温度当光伏探测器受背景噪声限制时提高探测率主要在与采用减小探测器视场角等办法来减少探测器接收的背景光子数ppt精选版19和其他选择性光子探测器一样光伏探测器的响应率随人射光波长而变化
光电子技术课堂展示 ——光电探测器
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2、零伏偏置电路 光伏探测器在自偏置的情况下，若负载电阻为零，
zm光伏探测器
Ip SE E
SE为光照灵敏度
8
Figure. Current vs. voltage characteristic 9
讨论：
1）负载电阻RL断开时IL=0，pn结两端的电压 为开路电压V0c
V0c
kT ln(1 I p )
q
I0
通常Ip》I0
V0c
kT q
ln(
Ip I0
)
kT q
ID
Ip
P
N
IL
RL
正偏工作原理
13
无光照时，伏安特性曲线 与一般二极管的伏安特性 曲线相同；受光照后，产 生光电流，方向与I0相同， 因此曲线将沿电流轴向下 平移，平移的幅度与光照 度的变化成正比。当pn结 加反偏压时，暗电流随之 增大，而光电流Ip几乎与 反压的高低无关。
第一象限：正向偏置工作 模式，光电流不起作用， 这一区域工作没有意义。
3
3.3.1 光伏器件原理
4
一、热平衡下的p-n结
pn结中电子向P区，空穴向n区扩散，使p区带负电，
n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区
（耗尽区），同时出现由耗尽层引起的内建电场，并阻
止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于
pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。但是如果
有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过pn结的电流方
光伏模式时，因是无偏压工作，暗电流产生的散粒噪声 小，无低频噪声。无光照时仅有热噪声，故信噪比较高。 在低频工作时具有优势。但截止频率较低，长波灵敏度 略小一些。
15
三、微变等效电路
16
3.3.2 光伏器件性能参量
17
一、响应率 二、噪声 三、光谱特性 四、频率特性 五、背景限
SE为光照灵敏度
8
Figure. Current vs. voltage characteristic 9
讨论：
1）负载电阻RL断开时IL=0，pn结两端的电压 为开路电压V0c
V0c
kT ln(1 I p )
q
I0
通常Ip》I0
V0c
kT q
ln(
Ip I0
)
kT q
ID
Ip
P
N
IL
RL
正偏工作原理
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无光照时，伏安特性曲线 与一般二极管的伏安特性 曲线相同；受光照后，产 生光电流，方向与I0相同， 因此曲线将沿电流轴向下 平移，平移的幅度与光照 度的变化成正比。当pn结 加反偏压时，暗电流随之 增大，而光电流Ip几乎与 反压的高低无关。
第一象限：正向偏置工作 模式，光电流不起作用， 这一区域工作没有意义。
3
3.3.1 光伏器件原理
4
一、热平衡下的p-n结
pn结中电子向P区，空穴向n区扩散，使p区带负电，
n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区
（耗尽区），同时出现由耗尽层引起的内建电场，并阻
止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于
pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。但是如果
有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过pn结的电流方
光伏模式时，因是无偏压工作，暗电流产生的散粒噪声 小，无低频噪声。无光照时仅有热噪声，故信噪比较高。 在低频工作时具有优势。但截止频率较低，长波灵敏度 略小一些。
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三、微变等效电路
16
3.3.2 光伏器件性能参量
17
一、响应率 二、噪声 三、光谱特性 四、频率特性 五、背景限
第04章_光伏探测器A 20141030
Cj 与负载电阻 RL 所决定的
扩散时间～10-9s
电路时间常数 τe。
漂移时间～10-11s
电路时间常数 1.5×10－9 s
光伏效应示意图
如何计算？ 光敏区薄，缩短扩散时间
4.1 光伏探测器的原理和特性
（2）频率特性： 仅考虑电路时间常数
e RLCj
哪些因素决定？
1
fHC 2π e
在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载
反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，
其减小量即光生电势差，P端正，N端负。
♥ 只要光照不停止，这个光生电压将永远存在。
2021/6/24
4
这时用电压表就能测量出p区正, n区负的 开路电压un，称为光生伏特效应。如 果用一个理想电流表接通p-n结，则有 电流i0通过．称为短路电流。
2DR: N型硅为受光面
2CR：P型硅为受光面
防反射膜，同时也可以起到防 潮、防腐蚀的保护作用
（2）光电特性
伏安特性 硅光电池的伏安特性，表示输出电流和电压随负载电阻变 化的曲线。伏安特性曲线是在某一光照下，取不同的负载电 阻所测得的输出电流和电压画成的曲线。
（2）光电特性
4.2 常用光伏探测器
第四象限：光伏模式 光电池的工作区域
4.1 光伏探测器的原理和特性
PN 结无外加偏压；流过光伏探测 器的电流随着光照变化，其电流与 电压出现明显的非线性。光伏探测 器的输出电流流过外电路负载电阻 产生的压降就是它自身的正向偏压， 故称为自（生）偏压，这种工作模 式通常称为光伏模式。
伏安特性
4.1 光伏探测器的原理和特性
反向偏置之分；而结型器件因p-n结的存在， 有正向偏置、反向偏置之分，且无外加电压， 也可工作，也能实现光电转换。 • 3、光敏电阻的光电流依赖于光生载流子的产 生—复合运动，弛豫时间常数大，频率响应差。 结型器件的光电流依赖于结区部分光生载流子 的漂移运动，弛豫过程时间常数小，响应速度 快。
光伏探测器
一、光伏探测器的工作原理光生伏特效应是光照度使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN 结、不同质的半导体组成的异质结或半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照这种半导体时由于半导体对光的吸收而产生了光生电子-空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现象是最重要的一类光生伏特效应。
对于均匀半导体，由于体内没有内建电场，当光照这种半导体一部分时，由于光生载流子浓度梯度的不同而引起载流子扩散运动。
但电子-空穴的迁移率不等，由于两种载流子扩散速度的不同而导致两种电荷的分开，从而出现光生电势。
这种现象称为丹倍效应。
此外，如果存在外加磁场，也可使得扩散中的两种载流子向相反方向偏转从而产生光生电势，称为光磁效应。
通常把丹倍效应和光磁电效应称为体积光生伏特效应。
二、光伏探测器的伏安特性有光照时，若PN 结外电路接上负载电阻L R ,如图所示，在PN 结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子-空穴对形成的光生电流P I ,它与光照有关，其方向与PN 结方向饱和电流o I 相同;另一种是光生电流D I 流过负载电阻P R 产生电压降，相当于在PN 结施加正向偏置电压，从而产生正向电流D I ，总电流L I 是两者之差，即流过负载的总电流为：)1(/--=-=kTqV o P D P L eI I I I I (A)上式中的光电流P I 正比于光照度E ，比例常数E S 称为光照灵敏度，即E S I E P = (A)当负载电阻L R 断开时，0=L I ，称P 端对N 端电压为开路电压oc V ，且由于，则近似地有 )l n (oE oc I ES q kTV =（V ）当负载电阻L R 短路时，0=L R ，称流过回路的电流为短路电流sc I ，短路电流就是光生电流P I 。
P I 与光照度E 或光通量Φ成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。
光伏探测器PPT演示课件
I (%)
I (%) Si蓝 Si
Se
Si
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
2000 4000 6000 8000 10000 12000
2000 4000 6000 8000 10000 12000
光电池的光谱响应特性曲线
硅蓝光电池的光谱响应曲线
19
（4）频率特性
当光照射光电池时，由于载流子在结区内扩 散、漂移都要有一个时间过程，所以产生的 光电流有滞后于光照变化的现象。
加的很小。如
Ip
ID ，则
U oc
kT ln( I p ) e I0
14
一般而言， 约为0.45~ 0.6V, 电流密度约 为150 ~300A/m2。在实际工作中，两者是通过测 量获得，当光电池在一定光照下，使其两端开路， 用高内阻的直流毫伏表或电位差计接在其两端，
测出 ，用低电阻电流表短接，其示值为 。
PN结的零偏状态
光照零偏p-n结产生光
生载流子，少子在内 电场的作用下，电子 向N区漂移、使在N区 的边界呈负极性，空 穴向P区漂移，使在P 区的边界呈正极性， 此时产生开路电压， 短路光电流。此为光
电池的工作原理。
4
PN结反偏状态
光照反偏条件：当 入射光波照射于反 偏置PN结时，产生 光生载流子，少子 在增强的内电场的 作用下，形成了大 于反向饱和电流的 光电流。此为光电 二极管的工作原理。
9
1、光电池的结构原理
扩散
光照
由光照产生的电子和空穴在内电 场的作用下才形成光生电动势和光电 流。但光电池的光电效率非常低，最 高也只能是百分之十几。
光伏探测器的原理与应用
光伏探测器的原理与应用1. 原理介绍光伏探测器（Photovoltaic Detector）是一种将光能直接转化为电能的器件。
它利用光电效应原理，将吸收的光子能量转化为电荷或电压信号。
光伏探测器是光电探测器的一种重要类型，广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、太阳能电池等领域。
主要的光伏探测器类型包括：光电二极管、光电导、光电晶体管、光电效应晶体管、光电倍增管等。
下面将逐一介绍这些光伏探测器的原理和应用。
1.1 光电二极管光电二极管是一种最简单的光伏探测器，它基于PN结的正常工作原理。
当光线照射到PN结上时，光子能量会激发光伏效应，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对将会在电场的作用下分离，形成电流。
在应用方面，光电二极管常用于光通信、显示器亮度控制、光照度测量等领域。
由于光电二极管的结构简单，成本低廉，并且灵敏度较高，因此被广泛应用于各种光电设备中。
1.2 光电导光电导（Photocunductor）是利用半导体材料的光电效应原理制成的光伏探测器。
它的结构类似于晶体管，但没有PN结。
光电导的导电性随着入射光的强度而改变，当光照射到光电导的表面时，导电性增加，产生电流。
光电导具有光响应速度快、灵敏度高的优点。
它常用于图像传感、光谱仪、精密测量等领域。
1.3 光电晶体管光电晶体管（Phototransistor）是一种将光信号转化为电信号的光伏探测器。
它由普通晶体管和光敏元件组成。
当光照射到光电晶体管的敏感区域时，光子能量被转化为电子信号，通过晶体管的放大作用，得到较大的电流输出。
光电晶体管具有灵敏度高、应用范围广的特点。
它常用于光照度测量、光谱分析、自动控制等领域。
1.4 光电效应晶体管光电效应晶体管（Photovoltaic Transistor）是将光电二极管和晶体管相结合的光伏探测器。
它不仅能够将光能转化为电能，还可以放大信号。
光电效应晶体管的输出可以直接连接到数字电路或模拟电路中使用。
光电效应晶体管广泛应用于光通信、图像传感、光电测量等领域。
第五章 光伏型探测器
光垂直照射P-N结 平面的光伏探测器
eV kT x d , p p0 e 1
微分方程的解为
eV xd x Dp x kT Qs sh p0 e 1 Sv sh ch Lp Lp Lp Lp p d Dp d Sv sh ch Lp Lp Lp
空穴电流密度为
dp j p Dpe dx x d eV Dp d d kT Sv sh Qs p0 e 1 ch Lp Lp Lp eDp d Dp d Lp Sv sh ch Lp Lp Lp
假设
d L p
第五章
光伏型探测器
第一节 光伏探测器的响应度
一、光伏型探测器的工作原理
光伏探测器的基本部分 是一个P-N结
在pn结光电二极管中的光吸收、电子-空穴
对产生和光诱导电流的示意图
波长比材料截止波长短的红外辐射被光电二极管吸收后将产生电子-空穴对
如果吸收发生在空间电荷区(结区)，电子和空穴立刻被强电场分开并在外 电路中产生光电流
电位时间流过 P - N结的光生载流子 单位 单位时间入射的光子数 I e Ps h
PN结增 量电阻：
kT kT V Ri I V 0 eJ s Ad eIs
eRi R h
提高量子产额（光生电流）
故：
提高增量电阻，即降低反向饱和电流
第二节 光伏型探测器工作方式分析
d 1 sh Lp
减小反射损失 减小受光照一侧材料的厚度d 提高载流子的扩散长度（提高少子的寿命）
sh x
x
(2) 减小反向饱和电流及增大增量电阻
Ri
eV kT x d , p p0 e 1
微分方程的解为
eV xd x Dp x kT Qs sh p0 e 1 Sv sh ch Lp Lp Lp Lp p d Dp d Sv sh ch Lp Lp Lp
空穴电流密度为
dp j p Dpe dx x d eV Dp d d kT Sv sh Qs p0 e 1 ch Lp Lp Lp eDp d Dp d Lp Sv sh ch Lp Lp Lp
假设
d L p
第五章
光伏型探测器
第一节 光伏探测器的响应度
一、光伏型探测器的工作原理
光伏探测器的基本部分 是一个P-N结
在pn结光电二极管中的光吸收、电子-空穴
对产生和光诱导电流的示意图
波长比材料截止波长短的红外辐射被光电二极管吸收后将产生电子-空穴对
如果吸收发生在空间电荷区(结区)，电子和空穴立刻被强电场分开并在外 电路中产生光电流
电位时间流过 P - N结的光生载流子 单位 单位时间入射的光子数 I e Ps h
PN结增 量电阻：
kT kT V Ri I V 0 eJ s Ad eIs
eRi R h
提高量子产额（光生电流）
故：
提高增量电阻，即降低反向饱和电流
第二节 光伏型探测器工作方式分析
d 1 sh Lp
减小反射损失 减小受光照一侧材料的厚度d 提高载流子的扩散长度（提高少子的寿命）
sh x
x
(2) 减小反向饱和电流及增大增量电阻
Ri
第4章 光伏特探测器 (1)
课堂测验
1.解: Si光电二极管等效电路图
RL
根据公式
g ' u" gu" SP' '
SP' ' gu" 0.5 8 0.005 10 g' 0.405 ( s) u" 10
最大线性输出下，负载线正好通过M’点
(Hale Waihona Puke u" )GL g ' u"
u" 10 GL g' 0.405 0.135 V u" 40 10
课堂测验
1、用Si光电二极管测缓变光辐射，伏安特性曲线如 图所示，在入射光最大功率 P' ' 为8μW时，转折电 压为10V，反向偏置电压为40V, Si光电二极管的灵 敏度S为0.5μA/μW,结间漏电导g为0.005μS. 求:（1）画出光电二极管的等效电路图； （2）计算光电二极管的初始电导 g ' （3）计算最大线性输出时的负载RL
VM 0.6V
0.6 418mV 250mV
30A (300lx 50lx) 1 100lx 0.2 2 250mV K
计算直流偏置电阻Rb
Gb 0 (2 E0 Em ) 2VM Gb 0
Rb
1 5K RL Gb
计算输出电信号：
1 1 1 30A 7.5A I Lm Em I Lm 50lx 7.5A VLm I Lm / Gb 37.5mV PLm I LmVLm 142W 2 2 2 100lx 0.2ms
课堂测验
0 AW 5 2、已知某Si光电二极管的灵敏度为 S . ， 结间漏电导G=0.01us，转折电压U0=10V，入射光功 率P从15uW ---> 25uW，偏压Ub=50V，求最大负载 RL，输出电流ΔI，输出电压ΔU。
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雪崩倍增 －－光电流的放大
拉通型 RAPD（同质结）
Avalanche Absorption 雪崩区 region region 吸收区
VR
n
p
p
wabs
吸收区和倍增区分开
雪崩光电二极管工作原理动画
2.雪崩增益M
IM M I0 1 U 1 U B
n
U很低 －－没有倍增现象
结构：2CU，2DU
以P型硅为衬底的2DU型
2DU系列光电二极管 有三条引出线，除 了前极、后极外， 还设了一个环极， 减少暗电流和噪声。
以N型硅为衬底的2CU型
比较：光电二极管与光电池
表4－2和表4－1
掺杂浓度较低； 电阻率较高； 结区面积小； 通常多工作于反偏置状态； 结电容小，频率特性好； 光电流比光电池小得多，一般多在微安级
光伏探测器
载流子的漂移运动， 响应速度快 结型 有极性，可不加偏压
光电探测与信号处理
• 4.1 光伏探测器的原理和特性 • 4.2 常用光伏探测器
• 4.3 光伏探测器组合器件 • 4.4 光伏探测器的偏置电路
4.2 常用光伏探测器
4.2.1 硅光电池
4.2.2 硅光电二极管
4.2.3 硅光电三极管 4.2.4 PIN光电二极管 4.2.5 雪崩光电二极管 4.2.6 紫外光电二极管 4.2.7 碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管
光电二极管噪声等效功率计算
仅考虑散粒噪声时
NEP
2（ e I D IW/Hz1/2
5. 光谱特性
紫外光
可见光
红外－－远红外光
光伏探测器波长响应范围
紫外光
可见光
近红外－－远红外光
光伏探测器波长响应范围
紫外光 可见光 近红外－－ 极远红外光
光电导探测器波长响应范围
U增加到接近UB －－得到很大的倍增 U超过UB －－噪声电流很大 UB为击穿电压
APD合适工作点： U接近UB，但不超过
3.噪声特性
雪崩光电二极管的噪声可近似由下式计算：
I 2qIM f
2 n k
对于锗管，k=3；对于硅管为2.3<k<2.5。 4.响应时间 （0.05~2.0ns）
响应（灵 敏）度明 显提高！
4.光伏探测器的噪声主要包括散粒噪声、暗电流噪声和热噪声。总噪声与所加偏 压有关。 5.光伏探测器的响应速度比光电导探测器快.
光电探测与信号处理
• 4.1 光伏探测器的原理和特性
• 4.2 常用光伏探测器
• 4.3 光伏探测器组合器件 • 4.4 光伏探测器的偏置电路
光伏探测器组合器件的特点： 大多在一块硅片上按一定要求制造出若干 个光伏探测器，可用来代替由分立光伏探测器 而组成的变换装置，不仅具有光敏点密集量大， 装置结构简单、紧凑、调节方便、精确度高等 优点，而且还可以扩大变换装置的应用范围。
2.短路电流比
短路电流比对应唯一单色光！
3.检测电路
U 0 U T lgI sc2 R2 lgI sc1 R1
表4－3和表4－2
光电三极管：
光照下有偏压才有输出; 输出亮、暗电流大； 光电特性“非线性”； 频率特性较差
光电开关理想元件！
光电三极管产品
光电三极管的结构和普通晶体管类似，但它的外壳留有光窗
3-3-5 QSB363-Phototransistor 技术参数参见技术文档
3-3-6 QSE113
3-3-7 集成光电器件 /
2.特性
(1)伏安特性
偏置电压：发射结正向偏置， 集电结反向偏置。偏压为零
时，无论光照度有多强， 集电极电流都为零。
(2)光电特性
硅光电三极管光电特性 硅光电二极管光电特性 光电三极管：光电特性“非线性”
(3)光电特性时间响应（频率特性）
光生载流子对发射结电容Cbe和集电结电容Cbc的充放电时间； 光生载流子渡越基区时间；
结构特点：PN之 间夹着一层（相 对）很厚的本征 半导体（I－ intrinsic）层或 轻掺杂层。
高阻、承担 大部分压降
P layer is very thin
p+
near the surface
VR
i
w
i-layer is thick about 100~101μm
n+
n layer is thin
利用高反向偏压下发生雪崩倍增效应而提高灵敏度（具
有内部增益102～104），且响应速度特别快，频带带宽可达 100GHz，足目前响应速度最快的一种光电二极管。
1.结构原理： 碰撞电离和雪崩倍增
高反压(100～200 V)
强电场 载流子加速 碰撞 新载流子
q Ip M h
APD内增益：102～103
光伏模式(零偏)
适用低频工作
长波灵敏度略小 散粒噪声小，信噪比 较高
5）等效电路 （意义：分析与计算）
I I0 e
eU / kT
1 Ip
电流源
普通二极管
2. 开路电压Uoc和短路电流Isc
I I0 e
qU / kT
1 I p
负载电阻RL→∞，开路电压 负载电阻RL=0，短路电流
4.2.1 硅光电池
工作区域：第四象限：
结构： 2CR，2DR
分类： 太阳能光电池 －－主要用作电源，转换效 (Solar Cells) 率高、成本低
测量光电池 －－主要功能是作为光电探 测用，光照特性的线性度好
光电特性
照度—负载特性
照度—电流电压特性
4.2.2 硅光电二极管 （Photodiode，简称PD）
I L I D I p I 0 (e
qV / kT
1) I p
ID
Ip
IL ID I p ID
IL
P
RL
N
正偏工作原理
正向偏置二极管模式
反向偏置光电导模式
零偏置光伏模式
4） 光伏和光导工作模式比较
光导模式(反偏)
频率特性 频率特性提高
灵敏度 噪声 长波灵敏度增加；扩展线性 区上限 散粒噪声较大
kT Uoc ln （I p / I 0 1 ） e
Isc I p S E
3. 暗电流和温度特性
电流方程
I I0 e
eU / kT
1 I p Id I p
影响：1.弱光的测量 2. 散粒噪声 减小方法： 1.降低温度 2.偏压为零 常温条件下，暗电流 硅光电二极管 ～100nA 硅PIN光电二极管～1nA
4.2.3 硅光电三极管
－－又称为光电晶体管（Phototransistor，简称PT）
光电三极管在电子线路中的符号
1.工作原理
光电转换 集电极输出电流： 光电流放大
I C I P
•NPN结构，称为 3DU型； •PNP结构，称为3CU型。
三种形式的集成光电器件
提高光电三极管的增益，减小体积
光生载流子被收集到集电极的时间；
输出电路的等效负载电阻RL与等效电容Cce所构成的RC时间。 通常，硅光电二极管的时间常数一般在0.1µ s以内，PIN和雪崩 光电二极管为ns数量级，硅光电三极管比光电二极管的时间 响应长，长达5～10µ s。
(4)温度特性
影响要比硅光电二极管大得多！
比较：光电三极管与光电二极管
4.2.7 碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管
Hg1-xCdxTe
同一种半导体材料作光伏探测器！
思考题
思考题
小结：
1．光伏探测器根据内建电场形成的结势垒不同，有pn结、pin结、肖特基结等不 同结构。 2.APD管具有内增益，可大大提高探测器的灵敏度和响应频率，适合微弱光信号 的探测。
3.光伏探测器可以工作于零偏和反偏两种状态。
5.其它APD
（1）SAM-APD（异质结）
吸收区和倍 增区分开并 分别位于不 同材料，有 效减少隧道 电流。
（2）SAGM-APD（异质结）
SAM-APD
SAGM-APD
减少InGaAs/InP异质结大的价带不连续处电荷堆积的限制，提高内 量子效率和响应速度！
（3）新型APD
Resonate－cavity APD Waveguide APD
I p SE E
P
IL
＋
N
RL
v
-
问题：如果外电路没有 负载RL，电流怎样变化？
零偏工作原理
2）反向偏置的光电导工作模式
=0 I L I D I p I 0 (e qV / kT 1) I p
ID
Ip
I L I p
IL
P
RL
N
反偏工作原理
3）正向偏置的工作模式
很大
几种PIN型光电二极管特性参数
PIN光电二极管工作原理
PIN 原理动画 PIN 原理动画 PIN 原理动画 PIN 原理动画 PIN 原理动画 PIN 原理动画
4.2.5 雪崩光电二极管
PIN光电二极管：
(Avalanche Photodiode-APD)
提高了时间响应，未能显著提高器件的光电灵敏度。 雪崩光电二极管：
…… 高的带宽增益积 暗电流低 寄生参量小 响应速率高
控制超晶格 薄层的厚度， 可以改变探 测器响应波 长。
4.2.6 紫外光电二极管 1）蓝、紫增强型硅光电二极管
PN结浅 电子扩散长度长 表面复合速率小
190~1100nm
2）肖特基结光电二极管
金属与半导体结 量子效率高 速率高
190~760nm
二者光谱响应范围的差别？为什么？