光(電)二極管

當能量≥禁帶寬度的光照射到光電二極管上時，即可把半導體滿帶中的一些電子激發(fā)到導帶、產(chǎn)生電子-空穴對;然后電子和空穴在勢壘區(qū)中電場的作用下分別往p-n結兩邊輸運，并形成所謂光生電流(等于勢壘區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的載流子的漂移電流，再加上勢壘區(qū)外產(chǎn)生的載流子的擴散電流)。該二極管的有效作用區(qū)，應該是p-n結勢壘區(qū)及其兩邊的擴散區(qū)(一個擴散長度的中性區(qū)范圍)。

一般的pn結光(電)二極管的特點是結構簡單、使用方便;但對光的響應速度較慢(由于p-n結電容的影響)，則不能高頻使用;而且表面的p+區(qū)光吸收作用較強，則光檢測靈敏度較低。

為了提高二極管對光的檢測靈敏度，可從三個方面來加以改進:

a)采用淺p-n結，以減小光照面中性區(qū)對光能的吸收;

b)圖中的p+區(qū)采用寬禁帶寬度的半導體材料(稱為窗口材料)，以減小p+區(qū)對光能的吸收;

c)增寬p-n結的勢壘區(qū)寬度，以增大有效作用區(qū)。例如，制作成pin結的型式，這就是pin光電二極管(pin-PD)，它在光的檢測靈敏度方面要比一般的PD高得多;

d)在pin二極管上加上一個較高的反向電壓(接近擊穿電壓)，使得能夠產(chǎn)生載流子的倍增效應，這就可以把微軟的光信號加以放大，更加提高了靈敏度。這種光電二極管就是所謂雪崩光電二極管(APD)?，F(xiàn)在遠距離光通信中廣泛使用的光接收器件也就是APD。

Photo-Diode(PD) 光(電)二極管

實際上，太陽電池、光電池、紅外探測器件、輻射探測器件等，在工作原理上也都與光電二極管相同，只是在太陽電池和光電池中是著眼于把光能轉變?yōu)殡娔芏选?/p>

光電二極管的基本結構就是一個反向偏置的p-n結(見圖示)。

光電二極管" 英文通常稱為 Photo-Diode

那么，它是怎樣把光信號轉換成電信號的呢？大家知道，普通二極管在反向電壓作用在處于截止狀態(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設計和制作時盡量使PN結的面積相對較大，以便接 收入射光。光電二極管是在反向電壓作用在工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉換成電信號，成為光電傳感器件。

p-i-n光電二極管, p-i-n Photo-Diode (pin-PD):

這是一種靈敏度比一般p-n結光(電)二極管(PD)要高的光檢測二極管，它是針對一般PD的不足、在結構上加以改進而得到的一種光電二極管。

英文縮寫:APD(Avalanche Photo Diode)

中文譯名:雪崩光電二極管

分類:電信設備

解釋:光探測領域中使用的光伏探測器元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產(chǎn)生"雪崩"(即光電流成倍地激增)的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為"雪崩光電二極管"。

工作原理:碰撞電離和雪崩倍增

一般光電二極管的反偏壓在幾十伏以下，而APD的反偏壓一般在幾百伏量級，接近于反向擊穿電壓。 當APD在高反偏壓下工作，勢壘區(qū)中的電場很強，電子和空穴在勢壘區(qū)中作漂移運動時得到很大的動能。

它們與勢壘區(qū)中的晶格原子碰撞產(chǎn)生電離，激發(fā)產(chǎn)生的二次電子與空穴在電場下得到加速又碰撞產(chǎn)生新的電子-空穴對，如此繼續(xù)，形成雪崩倍增效應?。

特點:

(1)提高了光電二極管的靈敏度(具有內(nèi)部增益102~104)。

(2)響應速度特別快，頻帶帶寬可達100GHz，是目前響應速度最快的一種光電二極管。

常見結構: 圖(a)在P型硅基片上擴散雜質(zhì)濃度大的N+層，制成P型N結構;

圖(b)在N型硅基片上擴散雜質(zhì)濃度大的P+層，制成N型P結構;

圖(c)所示為PIN型雪崩光電二極管。