结光伏探测器的工作模式

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1、4.5pn结光伏探测器的工作模式利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。这类器件品种很多，其中包括各种光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等。和光电导探测器不同，光伏探测器的工作特性要复杂一些。通常有光电池和光电二极管之分，也就是说，光伏探测器有着不同的工作模式。因此在具体讨论光伏探测器的工作特性之前，首先我们必须弄清楚它的工作模式问题。1光电转换原理PN结光伏探测器的典型结构如图所示

2、。为了说明光功率转换成光电流的关系，我们设想光伏探测器两端被短路，并用一理想电流表记录光照下流过回路的电流，这个电流常常称为短路光电流。光子电极电极耗尽层SiO2p+nn+假定光生电子-空穴对在结的结区，即耗尽区内产生。由于内电场作用，电子从n区向p区漂移运动，被内电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流。EcEFEv光生空穴----++++++-pnxoLpn光子Ei电离受主电离施主光生电子耗尽层-光电导过程就光电流形成的过程而言，光伏探测器和光电导探测器有十分类似的情况。可以证明：在光伏情况下一个光生电子—空穴对对外回路

3、所贡献的总电荷量：光伏探测器的内电流增益等于1。光伏探测器光电转换关系为这是和光电导探测器明显不同的地方。2光伏探测器的工作模式一个PN结光伏探测器就等效为一个普通二极管和一个恒流源(光电流源)的并联，如图(b)所示。它的工作模式则由外偏压回路决定。在零偏压时(图(c))，称为光伏工作模式。当外回路采用反偏压V时(图(d))，即外加P端为负n端为正的电压时，称为光导工作模式。VuiiD(a)(b)(c)(d)i普通二极管的伏安特性为光伏探测器的总伏安特性应为和之和，考虑到二者的流动方向，我们有：式中i是流过探测器的总电流，e

4、是电子电荷，u是探测器两端电压，kB是玻耳兹曼常数，T是器件的绝对温度。把上式中i和u为纵横坐标作成曲线，就是光伏探测器的伏安特性曲线。iu第一象限是正偏压状态，iD本来就很大，所以光电流不起重要作用。作为光电探测器，工作在这一区域没有意义。第三象限是反偏压状态。这时iD=iS0，它是普通二极管中的反向饱和电流，现在称为暗电流(对应于光功率P=0)，数值很小，这时的光电流(等于i-iS0)是流过探测器的主要电流，这对应于光导工作模式。通常把光导工作模式的光伏探测器称为光电二极管，因为它的外回路特性与光电导探测器十分相似。在第

5、四象限中，外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻RL上的电压或流过RL上的电流来体现，因此，称为光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探测器称为光电池。应特别注意，光电流总是反向电流，而光电流在RL上的电压降，对探测器产生正向偏置称为自偏压，当然要产生正向电流。最终两个电流抵消，伏安曲线中止于横轴上。