第六章--光電子技術

1、第六章：第六章： 光伏探測器光伏探測器光伏探測器光伏探測器：利用半導體利用半導體p-np-n結光伏效應制作結光伏效應制作 的探測器的探測器; ;探測器類型探測器類型：根據(jù)內(nèi)建電場形成的結勢壘的不根據(jù)內(nèi)建電場形成的結勢壘的不 同，有同，有p-np-n結勢壘，結勢壘，PINPIN結勢壘結勢壘, , 金屬半導體的肖特基勢壘金屬半導體的肖特基勢壘 等。等。主要內(nèi)容主要內(nèi)容: :光電池、光電二極管、光電池、光電二極管、PINPIN光電二極光電二極 管、雪崩二極管、光電三極管等管、雪崩二極管、光電三極管等6.1 6.1 光伏探測器的工作原理光伏探測器的工作原理 -+p n 無光照無光照 光照光照 (-)

2、+ _+ + + _+ + + (-)(+) 光照光照 內(nèi)建電場內(nèi)建電場p-n結結 光生載流子光生載流子 形成光生電動勢形成光生電動勢 在外回路形成電流在外回路形成電流1 1、光生電動勢的產(chǎn)生過程、光生電動勢的產(chǎn)生過程2 2、光照后產(chǎn)生的電流：、光照后產(chǎn)生的電流：兩部分電流：光電流兩部分電流：光電流I Ip p 光生電壓產(chǎn)生的正向電流光生電壓產(chǎn)生的正向電流I I PkTevsoIeII) 1(/（6.1） PIheP(沒有內(nèi)增益沒有內(nèi)增益) ) 1(/kTeVsoeII結區(qū)的總電流結區(qū)的總電流I I為：為：V為光生電動勢，為光生電動勢，Iso反向飽和電流反向飽和電流 3、光照后的伏安特性曲線、

3、光照后的伏安特性曲線 第一象限：第一象限：加正向偏壓，p-n結暗電流ID光生電流，光探測器不工作在這個區(qū)域。第三象限：第三象限：p-n結加反向偏壓，此時p-n結暗電流IDIsoIp, IIp+Iso= Ip, 光探測器多工作在這個區(qū)域?？偨Y：光伏探測器工作于總結：光伏探測器工作于 反偏電壓狀態(tài)反偏電壓狀態(tài) l4 4、光伏探測器的兩個重要參數(shù)：、光伏探測器的兩個重要參數(shù)： (1)(1)開路電壓開路電壓;(2);(2)短路電流短路電流; ; （1 1）光伏探測器）光伏探測器p-np-n結開路電壓結開路電壓V Vococ( (光電池的重要參數(shù)光電池的重要參數(shù)) ) 開路時，即開路時，即I=0I=0時

4、，由公式時，由公式(6.1)(6.1)得到電壓為得到電壓為：) 1ln() 1ln(sohPesopocIekTIIekTV(6.2) （2 2）短路電流（光電二極管的參數(shù)）短路電流（光電二極管的參數(shù)） 短路時，短路時，V=0, IV=0, I+ +=0=0PheIPI短 （6.3） PkTevsoIeII) 1(/6. 2.,6. 2.,光伏探測器的噪聲光伏探測器的噪聲l 噪聲主要有：（噪聲主要有：（1 1）散粒噪聲（）散粒噪聲（2 2）熱噪聲）熱噪聲 總噪聲為：總噪聲為： dNRfkTfeIi422反偏工作時，反偏工作時，R Rd d非常大，因熱噪聲可忽略不計。非常大，因熱噪聲可忽略不計。

5、 總噪聲為：總噪聲為：feIiN 22I 主要由暗電流和光電流組成，因此主要由暗電流和光電流組成，因此, ,fIIeiPDN)(22（6.4） （1 1）無光照時：）無光照時： 在零偏置時：流過在零偏置時：流過p-np-n結的電流包含熱激發(fā)產(chǎn)結的電流包含熱激發(fā)產(chǎn)生的正向和反向的暗電流，它們對總電流的貢獻為生的正向和反向的暗電流，它們對總電流的貢獻為零，而對噪聲的貢獻是疊加的，因此總噪聲為：零，而對噪聲的貢獻是疊加的，因此總噪聲為：feIfeIfeIiiiDDDNNN422222當器件處于負偏壓工作時：由于當器件處于負偏壓工作時：由于I ID D0 0 ，上式寫，上式寫成：成：feIiDN 22

6、總結：無光照時，負偏壓可以抑制噪聲總結：無光照時，負偏壓可以抑制噪聲（2 2）有光照時：）有光照時：偏壓為偏壓為0 0時，流過時，流過p-np-n結的電流有三部分，總噪聲為：結的電流有三部分，總噪聲為：fIIefIIIeiiiiPDPDDpNNNN)2(2 )(22222當器件處于負偏壓工作時，由于由于當器件處于負偏壓工作時，由于由于I ID D0 0，因此總，因此總噪聲為：噪聲為：fIIeiPDN)(22總結：為降低暗電流噪聲，探測器需工作在負偏壓總結：為降低暗電流噪聲，探測器需工作在負偏壓6.36.3光伏探測器的性能參數(shù)光伏探測器的性能參數(shù)l （1 1）響應率：）響應率： 由由6.26.2

7、式，可得電壓響應率為：式，可得電壓響應率為： ) 1ln(soPocvIIePkTPVR在弱光照射下，即在弱光照射下，即I Ip pIIsoso時，上式可以寫為：時，上式可以寫為：sosoPvIhkTIIePkTR1（6.5） 反向飽和電流為：反向飽和電流為：dnoPPponnsoAPLDnLDeI)(n npopo和和p pnono為少數(shù)載流子濃度；為少數(shù)載流子濃度；D Dn n和和D Dp p分別為電子和空穴的擴分別為電子和空穴的擴散系數(shù)，散系數(shù)，L Ln n、L Lp p分別為電子和分別為電子和空穴的擴散長度，空穴的擴散長度，A Ad d為探測器為探測器的光敏面積。的光敏面積。)1ln(

8、)1ln(sohPesopocIekTIIekTVl (2) 探測率：探測率：Rv與器件工作溫度、光敏面的面積、少數(shù)載流子的濃與器件工作溫度、光敏面的面積、少數(shù)載流子的濃度和擴散有關；而與與外偏壓無關。度和擴散有關；而與與外偏壓無關。21*)(fAVRDdNVl只考慮散粒噪聲且在弱光條件下：只考慮散粒噪聲且在弱光條件下：零偏壓時零偏壓時弱光條件下有：弱光條件下有： feIfIIIeiDPDDN4)(22sosoPvIhkTIIePkTR1因此探測率因此探測率為為 ：212210*)4()(LDdvvfReIfARDb b）反偏壓工作）反偏壓工作時時弱光條件下有：弱光條件下有： feIfIIei

9、DPDN2)(22212210*)2()(LDdvvfReIfARD 反偏壓工作時的探測率為零偏壓工作時的反偏壓工作時的探測率為零偏壓工作時的 倍，倍，因此光伏探測器一般工作于反偏壓。因此光伏探測器一般工作于反偏壓。 探測率與負載電阻有關，要適當選取負載電阻。探測率與負載電阻有關，要適當選取負載電阻。2(3)(3)光譜特性光譜特性硅和鍺材料硅和鍺材料：近紅外和可見光波段：近紅外和可見光波段鍺光電二極管鍺光電二極管：響應峰值波長：響應峰值波長1.4um1.5um，長波，長波 限為限為1.8um，短波限為，短波限為0.41um，硅光電二極管硅光電二極管：峰值波長：峰值波長0.80.9umHgCdT

10、e、PbSnTe等光伏探測等光伏探測：通過控制溫度及組：通過控制溫度及組 分可以到分可以到13um和和 814um。(4) 溫度特性溫度特性光伏探測器的噪聲特性和光電流都與溫度有關系光伏探測器的噪聲特性和光電流都與溫度有關系 6.46.4光伏探測器實例光伏探測器實例-光電池及光伏探測器光電池及光伏探測器光電池：光電池：能源和探測器件；能源和探測器件；光伏探測器：光伏探測器：光電信號變換；在微弱快速信號探光電信號變換；在微弱快速信號探 測方面有重要的應用測方面有重要的應用一、光電池一、光電池光電池：光電池：不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能；按用途不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能；按用途分類為：分類為

11、：太陽能電池太陽能電池(轉(zhuǎn)換效率高，結構簡單、體積小、轉(zhuǎn)換效率高，結構簡單、體積小、重量輕、可靠性強、成本低重量輕、可靠性強、成本低)；測量光電池測量光電池(線性范圍線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應合適、穩(wěn)定性好）：在光度寬、靈敏度高、光譜響應合適、穩(wěn)定性好）：在光度學、色度學、光學精密計量和測試中有廣泛的應用。學、色度學、光學精密計量和測試中有廣泛的應用。硅光電池：硅光電池：工藝最成熟，應用最廣泛，具有高效率、寬工藝最成熟，應用最廣泛，具有高效率、寬的光譜響應、良好的頻率響應特性、高穩(wěn)定性及耐高能的光譜響應、良好的頻率響應特性、高穩(wěn)定性及耐高能輻射等優(yōu)點。輻射等優(yōu)點。單晶硅：單晶硅：變換效率最

12、高，已達以上，變換效率最高，已達以上，但價格也最貴；但價格也最貴；非晶態(tài)硅：非晶態(tài)硅：變換效率最低，但價格最便變換效率最低，但價格最便宜，最有希望用于一般發(fā)電。宜，最有希望用于一般發(fā)電。光電池材料：光電池材料：硅、硒、鍺、砷化鎵等四大類；硅、硒、鍺、砷化鎵等四大類；硒光電池：硒光電池：光譜響應與人的視覺函數(shù)很相似，光譜響應與人的視覺函數(shù)很相似， 由于穩(wěn)定性很差，目前已經(jīng)被硅光電池取代由于穩(wěn)定性很差，目前已經(jīng)被硅光電池取代； 砷化鎵光電池：砷化鎵光電池：量子效率高，噪聲小，光譜響應在紫外量子效率高，噪聲小，光譜響應在紫外 和可見區(qū)域，適用于光度測量；和可見區(qū)域，適用于光度測量；鍺光電池：鍺光電池

13、：長波響應寬，適合作近紅外探測器；長波響應寬，適合作近紅外探測器；(1)(1)硅光電池結構硅光電池結構國產(chǎn)為國產(chǎn)為2DR2DR和和2CR2CR型兩種系列型兩種系列2DR2DR結構特點：結構特點：P P型硅為基片，擴散磷形成型硅為基片，擴散磷形成n n型薄膜，型薄膜，構成構成p-np-n結。有較強的抗輻射能力，適合空間使用結。有較強的抗輻射能力，適合空間使用2CR2CR結構特點：結構特點：n n型硅為基片，擴散硼形成型硅為基片，擴散硼形成p p型薄膜，型薄膜，構成構成p-np-n結。一般在地面上作光電探測器使用。結。一般在地面上作光電探測器使用。柵狀電極：柵狀電極：可以有效增大光敏面積和減少電極

14、與光敏面的接可以有效增大光敏面積和減少電極與光敏面的接觸電阻觸電阻. .光電池工作于有負載的情況光電池工作于有負載的情況, ,其工作原理：其工作原理：負載電壓為：負載電壓為： LDPLRIIIRV)(工作特點工作特點： 光電池工作特性與負載關系很大。光電池工作特性與負載關系很大。I I與與P P線性線性關系要求不高，只要求關系要求不高，只要求IVIV最大。因此不同的入射最大。因此不同的入射光功率要求不同的電阻值。光功率要求不同的電阻值。 最佳負載電阻的確定方法最佳負載電阻的確定方法Voc V/mVI/ mAIsc5040302010 0RM（2 2）光譜特性：）光譜特性：光電池的光譜響應取決于

15、材光電池的光譜響應取決于材 料的性能。料的性能。S Se e: : 峰值響應波長峰值響應波長0.57um0.57um，可見光波段的敏感元件，可見光波段的敏感元件S Si i: : 光譜相應在光譜相應在0.40.41.1um1.1um，峰值響應波長，峰值響應波長0.85um0.85um(3) (3) 頻率特性：頻率特性：光電池的響應頻率一般不太高，光電池的響應頻率一般不太高，硅光電池最高截止頻率僅為幾十千赫。硅光電池最高截止頻率僅為幾十千赫。原因：原因：光敏面大光敏面大 極間電容大極間電容大電路時間常數(shù)電路時間常數(shù) RLC較大較大(4) (4) 溫度特性：溫度特性：強光照射或聚焦光強光照射或聚焦

16、光束照射情況下，更束照射情況下，更要考慮光電池工作要考慮光電池工作的溫度的溫度二、硅光電二極管二、硅光電二極管 硅光電二極管制作工藝成熟，暗電流和溫度硅光電二極管制作工藝成熟，暗電流和溫度系數(shù)遠小于鍺，目前使用的多是硅光電二極管。系數(shù)遠小于鍺，目前使用的多是硅光電二極管。圖圖b b：是采用單晶硅及是采用單晶硅及磷擴散工藝，稱磷擴散工藝，稱n np p結結構，型號為構，型號為2DU2DU。圖圖a a：是用是用n n型單晶硅及型單晶硅及硼擴散工藝制成，稱硼擴散工藝制成，稱p pn n結構，型號為結構，型號為2CU2CU。特點特點：環(huán)形：環(huán)形p-np-n結，為了消除表面漏電流，工作于較小的負偏結，為

17、了消除表面漏電流，工作于較小的負偏 壓；通常用平面鏡和聚焦透鏡作為入射窗口；聚焦透壓；通常用平面鏡和聚焦透鏡作為入射窗口；聚焦透 鏡：提高靈敏度，由于了聚焦位置與入射光方向有關，鏡：提高靈敏度，由于了聚焦位置與入射光方向有關， 因此能減小雜散背景光的干擾。因此能減小雜散背景光的干擾。伏安特性伏安特性：工作于：工作于反向偏壓下，無光反向偏壓下，無光照射時的暗電流照射時的暗電流I ID D=I=Isoso；光照時；光照時I Ip p，I Isoso同一方向光電二同一方向光電二極管工作于線性區(qū)極管工作于線性區(qū)域域 曲線分析曲線分析： 反偏壓增加，耗盡層加寬，結電場增強，對結區(qū)反偏壓增加，耗盡層加寬，

18、結電場增強，對結區(qū)光的吸收及光生載流子的收集效率影響很大，當反偏壓光的吸收及光生載流子的收集效率影響很大，當反偏壓進一步增加時，光生載流子的收集已達極限，光電流飽進一步增加時，光生載流子的收集已達極限，光電流飽和。和。性能參數(shù)性能參數(shù)：響應率在：響應率在：0.40.40.6uA/uW0.6uA/uW的量級。的量級。光譜響應光譜響應：可見光：可見光+ +近紅外近紅外在在0.80.81um1um波段響應率最波段響應率最高，采用視覺補償濾波器后，峰值響應波長可轉(zhuǎn)移到高，采用視覺補償濾波器后，峰值響應波長可轉(zhuǎn)移到560nm560nm左右，但響應率下降。左右，但響應率下降。噪聲噪聲：主要是散粒噪聲和熱噪

19、聲，弱光時，散粒噪聲：主要是散粒噪聲和熱噪聲，弱光時，散粒噪聲小于熱噪聲，強光時，散粒噪聲大于熱噪聲。小于熱噪聲，強光時，散粒噪聲大于熱噪聲。頻率響應頻率響應：光電二極管的頻率響應遠比硅光電池高，：光電二極管的頻率響應遠比硅光電池高，達到達到MHzMHz量級。量級。 典型光電二極管典型光電二極管-濱松濱松(HAMAMATSU)(HAMAMATSU)公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品: : SiSiPhotodiode S1087/S1133 SeriesPhotodiode S1087/S1133 Seriesl三、光電二極管三、光電二極管(1)(1)本征層厚度近似等于反偏壓下本征層厚度近似等于反偏壓下耗盡層的

20、厚度，厚度為耗盡層的厚度，厚度為500um500um左右左右(2)(2)本征層相對于本征層相對于n n區(qū)和區(qū)和p p區(qū)是高阻區(qū)是高阻區(qū)，高電阻使暗電流明顯減小。反區(qū)，高電阻使暗電流明顯減小。反向偏電主要集中于這個區(qū)域，形成向偏電主要集中于這個區(qū)域，形成高電場區(qū)，由于高電場區(qū)，由于p p區(qū)很薄，光電變區(qū)很薄，光電變換主要集中在本征層，強電場使光換主要集中在本征層，強電場使光生載流子渡越時間變短，改善了頻生載流子渡越時間變短，改善了頻率響應率響應(3)(3)本征層的引入使得耗盡層加寬，本征層的引入使得耗盡層加寬，減少了結電容，使電容時間常數(shù)變減少了結電容，使電容時間常數(shù)變小，響應時間更快小，響應時

21、間更快；引入本征層對提高器件靈敏度和頻率響應起非常引入本征層對提高器件靈敏度和頻率響應起非常重要的作用。重要的作用。現(xiàn)有產(chǎn)品的現(xiàn)有產(chǎn)品的PINPIN光電二極管性能參數(shù)光電二極管性能參數(shù)濱松濱松S Si i PIN Photodiode PIN Photodiode大光敏面的大光敏面的PINPIN光電二極管光電二極管l噪噪 聲聲： 硅硅PINPIN中，熱噪聲占優(yōu)勢。中，熱噪聲占優(yōu)勢。 鍺鍺PINPIN中，暗電流散粒噪聲相比較大中，暗電流散粒噪聲相比較大 四、雪崩光電二極管（四、雪崩光電二極管（APDAPD） 雪崩二極管是具有內(nèi)增益的光伏探測器，雪崩二極管是具有內(nèi)增益的光伏探測器，利用光生載流子在

22、高電場區(qū)內(nèi)的雪崩效應獲得利用光生載流子在高電場區(qū)內(nèi)的雪崩效應獲得光電流增益，具有高靈敏度，響應快等優(yōu)點。光電流增益，具有高靈敏度，響應快等優(yōu)點。工作原理工作原理- -雪崩效應雪崩效應p-n結結 光生載流子產(chǎn)生光生載流子產(chǎn)生 獲得高獲得高能量，與晶格原能量，與晶格原子碰撞，晶格原子電離產(chǎn)生電子子碰撞，晶格原子電離產(chǎn)生電子-空穴對空穴對 獲得高能量，再次與晶格原子碰撞獲得高能量，再次與晶格原子碰撞 產(chǎn)生新的電子產(chǎn)生新的電子-空穴對。上述過程不斷重復，使空穴對。上述過程不斷重復，使p-n結內(nèi)結內(nèi)電流急劇倍增放大，這就是雪崩效應。電流急劇倍增放大，這就是雪崩效應。 強電場作用下強電場作用下 加強反偏電

23、壓和光照加強反偏電壓和光照 強電場作用下強電場作用下2 2、雪崩光電二極管結構、雪崩光電二極管結構 n+ n+ p SiO2 電極電極 特點特點：（：（1 1）基片雜質(zhì)濃度高（電阻率低），容易產(chǎn)生）基片雜質(zhì)濃度高（電阻率低），容易產(chǎn)生碰撞電離；（碰撞電離；（2 2）基片厚度比較薄，保證有高的電場強）基片厚度比較薄，保證有高的電場強度，以便于電子獲得足夠的能量產(chǎn)生雪崩效應；（度，以便于電子獲得足夠的能量產(chǎn)生雪崩效應；（3 3）結邊緣做成環(huán)狀，其作用是減小表面漏電，避免邊緣結邊緣做成環(huán)狀，其作用是減小表面漏電，避免邊緣出現(xiàn)局部擊穿。出現(xiàn)局部擊穿。材料材料：通常采用硅或鍺材料，也可用：通常采用硅或鍺

24、材料，也可用III-VIII-V族化合物半族化合物半導體制作。導體制作。 3 3、雪崩二極管的特征參數(shù)、雪崩二極管的特征參數(shù)(1)(1)倍增系數(shù)倍增系數(shù)M MRMIIMI IR R：為無雪崩倍增時的：為無雪崩倍增時的p-np-n結結 的反向電流的反向電流；I IM M：有雪崩增益時的反向電流；：有雪崩增益時的反向電流； M與與p-n結上所加的反向結上所加的反向偏壓、偏壓、p-n結材料和結構有結材料和結構有關，可用經(jīng)驗公式表示關，可用經(jīng)驗公式表示：nBRVVM)(11V VBRBR：p-np-n結擊穿電壓，與器件工作溫度有關，溫度升高結擊穿電壓，與器件工作溫度有關，溫度升高 時增大；時增大； n

25、 n：與：與p-np-n結的材料和結構有關的常數(shù)，對于硅器件，結的材料和結構有關的常數(shù)，對于硅器件， n=1.5-4n=1.5-4，鍺，鍺，n=2.5-8n=2.5-8。雪崩倍增系數(shù)雪崩倍增系數(shù)M、暗電流、暗電流ID與所加偏壓之間的關系與所加偏壓之間的關系 ：18014010060201816141210ID M 0 154 156 158 160 162 164 VA(V) 反偏電壓低時，無雪崩效應，反偏電壓低時，無雪崩效應，M=1，VA增加，倍增增加，倍增系數(shù)增大。系數(shù)增大。反偏電壓接近擊穿電壓時（最佳工作偏壓：一般為反偏電壓接近擊穿電壓時（最佳工作偏壓：一般為幾十伏到幾百伏之間），倍增系

26、數(shù)增加很快，暗電流幾十伏到幾百伏之間），倍增系數(shù)增加很快，暗電流增加也很快，這時雪崩增益系數(shù)為增加也很快，這時雪崩增益系數(shù)為102-103。(2)雪崩光電二極管的噪聲雪崩光電二極管的噪聲同倍增管相似，除普通光電二極管的散粒噪聲之外還包同倍增管相似，除普通光電二極管的散粒噪聲之外還包含倍增過程引入的噪聲，雪崩過程的散粒噪聲為：含倍增過程引入的噪聲，雪崩過程的散粒噪聲為：fMIIefeIMikPDkNM)(222對于硅，對于硅，k k=2.3-2.5=2.3-2.5；對于鍺，；對于鍺，k k=3=3）。上式可以寫成：）。上式可以寫成：fFMIIeiPDNM22)(2)1)(11 (1 2MMrMF

27、其中其中（過量噪聲因子）（過量噪聲因子） r r：電子與空穴電離之比。對于硅材料，：電子與空穴電離之比。對于硅材料，r=50r=50左右，鍺左右，鍺材料材料，r=1r=1左右。左右。硅光電二極管噪聲小于鍺二極管硅光電二極管噪聲小于鍺二極管 (3)現(xiàn)有產(chǎn)品的雪崩光電二極管性能參數(shù)現(xiàn)有產(chǎn)品的雪崩光電二極管性能參數(shù) (1) (1)體積小，有較高的靈敏度，結構緊湊，工作電體積小，有較高的靈敏度，結構緊湊，工作電 壓低，使用方便壓低，使用方便; ; (2) (2)性能與入射光功率有關：通常當入射光功率在性能與入射光功率有關：通常當入射光功率在 1nW1nW到幾到幾uWuW時，倍增電流與入射光具有較好的時

28、，倍增電流與入射光具有較好的 線性關系，適合弱光探測。線性關系，適合弱光探測。 (3)(3)同同PINPIN光電二極管相比，具有更高的靈敏度，光電二極管相比，具有更高的靈敏度， 由于有內(nèi)增益，可大大降低對前置放大器的要由于有內(nèi)增益，可大大降低對前置放大器的要 求。求。 (4)(4)由于偏壓較高，載流子在結區(qū)的渡越時間短，由于偏壓較高，載流子在結區(qū)的渡越時間短， 結電容很小，所以雪崩光電二極管的響應速度結電容很小，所以雪崩光電二極管的響應速度 很快很快雪崩光電二極管的特點雪崩光電二極管的特點五、光電三極管五、光電三極管特點：是有電流內(nèi)增益的光伏探測器特點：是有電流內(nèi)增益的光伏探測器; ;(1)(

29、1)、光電三極管基本結構、光電三極管基本結構工作電壓工作電壓：發(fā)射結正發(fā)射結正向電壓，集電結反向電向電壓，集電結反向電壓壓材料材料：硅硅npnnpn型居多，型居多，鍺鍺pnppnp型居多型居多功能功能：1 1、光電轉(zhuǎn)換，、光電轉(zhuǎn)換，在集在集- -基結內(nèi)進行，與一基結內(nèi)進行，與一般二極管相同；般二極管相同；2 2、光電放大：共發(fā)射極、光電放大：共發(fā)射極放大。放大。e：發(fā)射結：發(fā)射結 b：基極基極 c：集電極：集電極電位最高電位較高電位最低（2 2）光電三極管工作原理）光電三極管工作原理光照時：光照時：基區(qū)產(chǎn)生電子基區(qū)產(chǎn)生電子- -空穴對，光生空穴對，光生電子在電場作用下漂移到集電極，形成電子在電

30、場作用下漂移到集電極，形成光電流，空穴則留在基區(qū)，使基極電位光電流，空穴則留在基區(qū)，使基極電位升高，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向升高，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，對于共發(fā)射極的三極管，形成集電極，對于共發(fā)射極的三極管，形成的集電極電流的集電極電流I Ic c為為 ：因此，光電三極管主要有兩方面的作用：把光信號因此，光電三極管主要有兩方面的作用：把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，光電流放大。轉(zhuǎn)換成電信號，光電流放大。PPPcIIII)1 (（為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)）為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)）（3 3）光電三極管特性）光電三極管特性A、伏安特性、伏安特性特點：特點：光功率等間距增大情況下，輸出電流并不等

31、光功率等間距增大情況下，輸出電流并不等間距增大；原因：電流放大倍數(shù)間距增大；原因：電流放大倍數(shù)隨信號光電流的增隨信號光電流的增大而增大所引起的。大而增大所引起的。B B 頻率響應頻率響應 光電三極管的頻率響應與結的結構及外電路有關。三極光電三極管的頻率響應與結的結構及外電路有關。三極管的響應時間比光電二極管的響應時間長得多。管的響應時間比光電二極管的響應時間長得多。主要影響因素：主要影響因素：1 1、結勢壘電容、結勢壘電容C Cbebe,C,Cbcbc的充放電時間；的充放電時間；2 2、光、光生載流子渡越基區(qū)所需時間；生載流子渡越基區(qū)所需時間；3 3、電流流經(jīng)收集區(qū)的時間。、電流流經(jīng)收集區(qū)的時

32、間。改進方法：改進方法：減小結電容減小結電容C Cbebe,C,Cbcbc，合理選擇負載電阻，合理選擇負載電阻R RL L，減小，減小基區(qū)的厚度，減少復合，使電子快速渡越基區(qū)?；鶇^(qū)的厚度，減少復合，使電子快速渡越基區(qū)。C C光譜特性光譜特性 硅光電三極管光譜響應峰值在：硅光電三極管光譜響應峰值在：0.80.80.9um0.9umD D應用領域應用領域 不適于高速、寬帶的光控測系統(tǒng)只應用于要求響應率不不適于高速、寬帶的光控測系統(tǒng)只應用于要求響應率不高的一般光電探測任務。高的一般光電探測任務。六、碲鎘汞、碲錫鉛光伏探測器六、碲鎘汞、碲錫鉛光伏探測器(光電二極管光電二極管) 上面介紹的光伏探測器主要工作于可見和近紅外，上面介