改 6半导体结型光电器件课件.ppt

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1、第06章半导体结型光电器件利用半导体光伏效应制作的器件称为光伏探测器，也称结型光电器件。PN结受到光照时，可在PN结的两端产生光生电势差，这种现象则称为光伏效应。光伏效应：结型光电器件：简称PV（Photovoltaic）探测器结型光电器件简称PV（Photovolt）单元器件线阵器件四象限器件结型器件和光电导器件的主要区别产生光电变换部位不同光敏电阻：任何部位结型器件：结区及其附近外加电压不同光敏电阻：加偏压，无极性要求结型器件：加偏压则有极性要求；也可不加响应速度不同光敏电阻：慢（取决于载流子产生与复合速度）结型器件：快（取决于载流子漂移运动

2、）内增益不同光敏电阻：大结型器件：光电三极管、雪崩二极管内增益大第06章半导体结型光电器件6.1结型光电器件的原理6.2常用结型光电器件6.3结型光电器件组合器件6.4结型光电器件的偏置电路6.1结型光电器件的原理光照下的PN结电流方程及伏安特性电流方程伏安特性伏安特性第一象限：普通二极管，光电流被扩散电流淹没，不能用作光电探测器伏安特性第三象限：光电导模式反偏光电二极管工作区域光电导模式可以减小载流子的渡越时间和二极管的极间电容，有利于提高器件的响应灵敏度和响应频率。第四象限：光伏模式零偏光电池工作区域伏安特性光伏模式暗电流为零伏安特性光电二极

3、管光电池普通二极管等效电路电流源普通二极管开路电压Uoc和短路电流IscI=0（负载电阻RL→∞），光伏探测器两端的电压称为开路电压U=0（负载电阻RL=0），流过光伏探测器称为短路电流第06章半导体结型光电器件6.1结型光电器件的原理6.2常用结型光电器件6.3结型光电器件组合器件6.4结型光电器件的偏置电路6.2常用结型光电器件6.2.1硅光电池6.2.2硅光电二极管6.2.3硅光电三极管6.2.4PIN光电二极管6.2.5雪崩光电二极管用途分类：－－主要功能是作为光电探测用，光照特性的线性度好太阳能光电池测量光电池－－主要用作电源，转换效率

4、高、成本低(SolarCells)6.2.1硅光电池材料分类：硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓等结构：电极：多做成梳齿壮，目的减小串联电阻和便于透光SiO2层：增透，防潮2DR：Ｐ型硅作基底，Ｎ型薄膜为受光面2CR：Ｎ型硅作基底，Ｐ型薄膜为受光面等效电路硅光电池电流方程伏安特性－－表示不同照度下，输出电流和电压随负载电阻变化的曲线无外加偏压（自偏压）照度—电流电压特性照度—负载特性负载小，线性范围大线性变坏光谱特性长波限：取决于材料的禁带宽度Eg．短波响应度下降原因：1.等能量曲线，短波光子数少2.在表面附近全被吸收，复合率高频率特性

5、光伏探测器频率特性一般由电路时间常数决定光电导探测器频率特性一般由载流子寿命决定要获得快速响应,要使τ小:①使用小的负载;②选用小面积光电池光电倍增管频率特性一般由电路时间常数决定若光电池接收正弦型光照时常用频率特性曲线表示综上，负载的选择：①RL小：线性好②RL小：频响提高③RL小：输出电压低（运放输出）温度特性光电池的温度特性是指光照下光电池开路电压Voc与短路电流Isc随温度的变化情况温度过高会致使半导体晶格破坏，注意强光照射及散热入光面高掺杂且薄，基底轻掺杂：透光结区宽，以保证吸收更多的入射光结区多在基底,光生载流子大多产生于结区,省去扩

6、散时间6.2.2硅光电二极管结构：（Photodiode，简称PD）2CU2DU重掺杂衬底材料掺杂浓度较低；光电池，1016~1019原子数/厘米3(自身消耗能量小)。硅光电二极管：1012~1013原子数/厘米3(结区大)电阻率较高；结区面积小（结电容小，C=S/d）；频率响应快，受光面积小（电流uA量级）光电池受光面积大（电流mA量级）通常多工作于反偏置状态；比较：光电二极管与光电池科16表面漏电流SiO2中的杂质正离子使P区形成反型层，反型层是漏电流形成的通道2DU：环极的电位高于前极，大部分漏电流从环极流向后极，不再流过负载RL2DU：无

7、表面漏电2CU：输出电路6.2.3硅光电三极管－－又称为光电晶体管（Phototransistor，简称PT）光电三极管在电子线路中的符号硅光电三极管既具有光电二极管的作用，又具有普通晶体三极管的电流放大作用，因而它内增益大，输出光电流大电极：有三根引线的，也有二根引线的．光电三极管的结构和普通晶体管类似，但它的外壳留有光窗工作电压：集电结反偏，发射结正偏有基极外引线的产品便于调整静态工作点光电三极管可等效为一个硅光电二极管和一个普通晶体管组合而成。光电二极管与光电三极管比较光电三极管：输出光电流大光电特性“非线性”,频率特性较差光照特性伏安特性

8、①在相同照度下，硅光电二极管的光电流在µA级而硅光电三极管的在mA量级。②在零偏置下，硅光电二极管仍有光电流输出，而硅光电三极管没有光电