光电子器件_第二章结型光电探测器剖析.ppt

4）温度特性 硅光电二极管和硅光电三极管的暗电流Id和光电流IL均随温度而变化，由于硅光电三极管具有电流放大功能，所以硅光电三极管的暗电流Id和亮电流IL受温度的影响要比硅光电二极管大得多，图3-17（a）所示为光电二极管与三极管暗电流Id与温度的关系曲线，随着温度的升高暗电流增长很快； 图3-17（b）所示为光电二极管与三极管亮电流IL与温度的关系曲线，光电三极管亮电流IL随温度的变化比光电二极管亮电流IL随温度的变化快。 （5）光敏三极管的频率特性 光敏三极管的频率特性曲线如图所示。光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。 0 100 1000 500 5000 10000 20 40 60 100 80 RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ 入射光调制频率 / HZ 相对灵敏度/% 光敏晶体管的频率特性 光电阴极与光电倍增管 实验证明，光敏三极管的截止频率和它的基区厚度成反比关系。如果要求截止频率高，那么基区就要薄；但基区变薄，光电灵敏度将降低，在制造时要适当兼顾两者。 实验证明，光敏三极管的截止频率和它的基区厚度成反比关系。如果要求截止频率高，那么基区就要薄；但基区变薄，光电灵敏度将降低，在制造时要适当兼顾两者。 * 加反向电压时，伏安特性曲线常画成如下图所示的形式。 与硅光电池的伏安特性曲线图比较，有两点不同。 一是把硅光电池的伏安特性曲线图中Ⅰ、Ⅱ象限里的图线对于纵轴反转了一下，变为上图(a)。这里是以横轴的正向代表负电压，这样处理对于以后的电路设计很方便。 二是因为开路电压UOC一般都比外加的反向电压小很多，二者比较可略而不计，所以实用曲线常画为上图(b)的形式。 微变等效电路与频率特性： 光电二极管的等效电路可表达如下： 其中图a为实际电路； 图b为考虑到光电二极管结构、功能后画出的微变等效电路，其中Ip为光电流，V为理想二极管，Cf为结电容，Rsh为漏电阻，Rs为体电阻，RL为负载电阻； 图c是从图b简化来的，因为正常运用时，光电二极管要加反向电压，Rsh很大，Rs很小，所以图b中的V、Rsh、Rs都可以不计，因而有图c的形式； 图d又是从图c简化来的，因为Cf很小，除了高频情况要考虑它的分流作用外，在低频情况下，它的阻抗很大，可不计。 因此具体应用时多用图d和图c两种形式。 流过负载的交变电流复振幅为 ： IL＝Ip·1/(1+jωτ) ω：入射光的调制圆频率，ω＝2πf，f为入射光的调制频率。 τ = CfRL IL的模量为 可见，IL是频率的函数，随着入射光调制频率的增加而减小。当ω=1/τ时， 这时f = 1/2πτ 称为上限截止频率，或称为带宽。 几种国产2CU型硅光电二极管的特性 几种国产2DU型硅光电二极管的特性 2.4 其他类型的光生伏特器件 PIN型光电二极管 为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN结外光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型层，构成如图3-6（a）所示的PIN结构光电二极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外形上没有什么区别，都如图3-6（b）所示。 PIN光电二极管在反向电压作用下，耗尽区扩展到整个半导体，光生载流子只产生漂移电流，因此， 它的时间响应只取决于τ 与τ ，在10-9s左右。 dr RC P N I 导带 价带 信号光 PIN光电二级管 P型层很薄使光子很快进入I区 I区电阻很大可加较高电压 高的电阻使暗电流明显减小，这些产生的光生电子－ 　空穴对将立刻被电场分离并作快速漂移运动 I区加入增大了耗尽层厚度 减小了结电容CJ，提高了量子效率 漂移时间约为 相当于f=１KMHz 入射光照射在P层上，由于 P层很薄，大量的光被较厚的I层 吸收，激发较多的载流子形成光 电流；又PIN结光电二极管比PN结 光电二极管施加较高的反偏置电压， 使其耗尽层加宽。当P型和N型半导 体结合后，在交界处形成电子和空 穴的浓度差别，因此，N区的电子要 向P区扩散，P区空穴向N区扩散。 P区一边失去空穴，留下带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下带正电的杂质离子，在PN交界面形成空间电荷，即在交界处形成了很薄的空间电荷区，在该区域中，多数载流子已扩散到对方而复合掉，即消耗尽了，耗尽层的电阻率很高。扩散越强，耗尽层越宽，PN结内电场越强，加速了光电子的定向运动，大大减小了漂移时间，因而提高了响应速度。