结型光电器件.ppt

* 结型光电器件 结型 光电器件主要包括： 光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等 可以分为：PN结型、PIN结型、肖特基结型 P N 3.1 结型光电器件工作原理 3.1.1 热平衡下的PN结 内建电场消弱扩散、增强漂移，直到两者达到平衡。 漂移 扩散 E内 外加偏压 U P N 漂移 扩散 E内 U ID 当外加偏压时： 正向 反向 3.1.2 光照下的PN结 1.PN结光伏效应 P N N P 光伏效应----光生伏特效应，是指光照射半导体的结区或金属和半导体的结区时，产生电位差的现象。 N P 光伏工作模式： 光导工作模式： 工作在零偏置状态下 工作在反偏状态下 RL N P RL Ub N P N P RL E=0 E1 E2 U IL IP ID SEE 漂移 扩散 扩散电流 漂移电流 光电流 U U ---不加外电压 ID IP RL U Rs Cj Rsh IL 3.2 硅光电池 3.2.1—之--基本原理 N P RL IP ID 扩散电流 漂移电流 光电流 U 光伏工作区 RL1 RL2 E=0 E1 E2 U IL U E=0 E1 E2 Isc Uoc I 开路电压 Uoc ISC 短路电流 开路电压 短路电流 3.2.1 硅光电池的基本结构 N E RL IL P 3.2.2 硅光电池的特性参数 1.光照特性 (1)开路时 对数关系 IL U Isc4 Isc1 Isc2 Isc3 Uoc4 Uoc2 Uoc1 Uoc3 例：设一光电池，在入射辐照度为100W/m2时的开路电压为0.412V，求该光电池在入射辐射照度变为150W/m2时的开路电压，已知环境温度为T=300K。(波耳兹曼常数K=1.38×10-23焦/度)。 IL U Uoc4 Isc4 Isc1 Isc2 Isc3 Uoc2 Uoc1 Uoc3 2.4KΩ 12K Ω 120Ω Ф I 硅光电池光照与负载特性 负载电阻越小，线性范围越大 线性区 RL1 RL2 (3)有限大负载时 (2)短路时 线性关系 Isc Uoc E Uoc Isc 2. 光谱特性 3. 频率特性 t Is 1.0 t 0.37 0.63 上 下 对于矩形脉冲光照 对于正弦形光照 t E t Is 4. 温度特性 光电池外形： ----外加反向偏压 光导工作区 E=0 E1 E2 U I U IP E P N RL Ub ID 3.3硅光电二极管和硅光电三极管 3.3.1 硅光电二极管 总结： 光电池工作区 Ub RL E=0 E1 E2 U IL 光敏二极管工作区 U RL Ub IP RL Ub=0 RL E IL P N RL Ub 硅光电二极管和光电池的区别 ①………… ②………… ③………… ④ ………… 例： 设有一光电二极管工作时的外加电源电压为Ub=9V, 光敏二极管上的输照度在0~100W/m2之间做正弦变化，要使输出电压的变化范围为6V，求所需的负载电阻的大小，试做出负载线。 I（μA） U(V) -0.5 -5.5 E=0 E=100W/m2 RL Ub=-9V 透镜（光窗） 光敏面 入射光 P-Si N-Si 前极 后极 2CU型 N+ N-Si P-Si 前极 后极 环极 N+ 2DU型 环极 外形图: 3.5.3 雪崩光电二极管（APD） --------高反向电压下工作的光敏二极管，高电场加速了光生载流子的速度，产生二次载流子对。 适合0.8~1.1μm弱光的探测 特征： ①灵敏度高，电流增益可达102~103 ②响应速度快，只有0.5ns，响应频率可达100GHZ ③噪声等效功率很小，约为10-15W ④反向偏压高，可达200V 广泛应用于光纤通讯、弱信号检测、激光测距等领域 3.5.4 紫外光电二极管 1. 蓝、紫增强型硅光电二极管 2. 肖特基结光电二极管 采用浅PN结的结构 肖特基是金属与半导体接触形成的：n型半导体表面上覆盖一层极薄的金属膜（能透光），所以在表面处形成结区。 可以看成是结深为零、表面覆盖着薄而透明金属膜的PN结 光谱范围在：190~1100nm 紫外光电二极管广泛应用于：激光辐射探测、天文物理研究、光谱学、医学生物等研究中。 3.6 结型光电器件的应用实例 -----光电耦合器件 光电耦合器件： 发光器件与光接收器件组合的一种元件，发光器件常采用发光二极管接收器件常采用光电二极管、光电三极管及光集成电路等。它以光作为媒介把输入端的电信号耦合到输出端----也称为光电耦合器。 体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强