1、第2章 結(jié)型光電探測(cè)器2021/9/1212.1、光伏效應(yīng)光伏現(xiàn)象半導(dǎo)體材料的“結(jié)”效應(yīng) 例如：雪崩二極管2021/9/122光照零偏pn結(jié)產(chǎn)生開(kāi)路電壓的效應(yīng)光照反偏光伏效應(yīng)光電池光電信號(hào)是光電流 結(jié)型光電探測(cè)器的工作原理光電二極管 2021/9/1232.2. 硅光電池 光電池是一種不需加偏置電壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的PN結(jié)光電器件，按光電池的功用可將其分為兩大類(lèi)：即太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池。 太陽(yáng)能光電池主要用作向負(fù)載提供電源，對(duì)它的要求主要是光電轉(zhuǎn)換效率高、成本低。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、高可靠性、壽命長(zhǎng)、可在空間直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的特點(diǎn)，因此成為航天工業(yè)中的重要電源

2、，而且還被廣泛地應(yīng)用于供電困難的場(chǎng)所和一些日用便攜電器中。 測(cè)量光電池的主要功能是作為光電探測(cè)，即在不加偏置的情況下將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此時(shí)對(duì)它的要求是線(xiàn)性范圍寬、靈敏度高、光譜響應(yīng)合適、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)等。它常被應(yīng)用在光度、色度、光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試設(shè)備中。 2021/9/124 1.用途 a. 作光電探測(cè)器使用 紅外輻射探測(cè)器 光電讀出 光電耦合 b. 作為電源使用 人造衛(wèi)星 野外燈塔 微波站2021/9/1252.2 光電池光電池能直接將光通量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)勢(shì)，實(shí)際為電壓源 結(jié)構(gòu)和工作原理硼擴(kuò)散層P型電極N型硅片P-N結(jié)電極I光電池的結(jié)構(gòu)原理圖2021/9/126膜 光 光電池有方形 圓形

3、三角形 環(huán)形等2021/9/127PN PN VocPN mA2021/9/1281. 硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 按硅光電池襯底材料的不同可分為2DR型和2CR型。如圖3-9（a）所示為2DR型硅光電池，它是以P型硅為襯底(即在本征型硅材料中摻入三價(jià)元素硼或鎵等)，然后在襯底上擴(kuò)散磷而形成N型層并將其作為受光面。 硅光電池的受光面的輸出電極多做成如圖3-9（b）所示為硅光電池的外形圖，圖中所示的梳齒狀或“E”字型電極，其目的是減小硅光電池的內(nèi)電阻。2021/9/1292. 硅光電池工作原理 如圖3-10所示，當(dāng)光作用于PN結(jié)時(shí)，耗盡區(qū)內(nèi)的光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)力的作用下分別向N區(qū)和P區(qū)運(yùn)

4、動(dòng)，在閉合的電路中將產(chǎn)生如圖所示的輸出電流IL，且負(fù)載電阻RL上產(chǎn)生電壓降為U。顯然，PN結(jié)獲得的偏置電壓U與光電池輸出電流IL與負(fù)載電阻RL有關(guān)，即 U=ILRL （3-16） 當(dāng)以輸出電流的IL為電流和電壓的正方向時(shí)，可以得到如圖3-11所示的伏安特性曲線(xiàn)。2021/9/1210 從曲線(xiàn)可以看出，負(fù)載電阻RL所獲得的功率為 PL=ILU （3-17）其中，光電池輸出電流IL應(yīng)包括光生電流IP、擴(kuò)散電流與暗電流等三部分，即 2021/9/1211 光電池的輸出短路電流 無(wú)光照時(shí)PN結(jié)反向飽和電流電子電量玻爾茲曼常數(shù)熱力學(xué)溫度光電池開(kāi)路輸出電壓2021/9/12120.60.40.240002

5、0000204060801000.81.0Ge光電池光電特性1.光電特性 2021/9/12130.60200040000.21002003000.4Si光電池光電特性2021/9/1214相對(duì)靈敏度/波長(zhǎng) 硒硅20080604040001008000600010000光電池的光譜特性2.光電池的光譜特性 2021/9/1215硒光電池硅光電池15000402080603000100450060007500相對(duì)光電流/Hz光電池的頻率特性3.光電池的頻率特性 2021/9/12164.光電池的光電轉(zhuǎn)換效率 光電池的輸出功率與入射輻射通量之比定義為光電池的光電轉(zhuǎn)換效率，記為。當(dāng)負(fù)載電阻為最佳負(fù)載

6、電阻Ropt時(shí)，光電池輸出最大功率Pm與入射輻射通量之比定義為光電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率，記為m。 顯然，光電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率m為 式中是于材料有關(guān)的光譜光電轉(zhuǎn)換效率，表明光電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率與入射光的波長(zhǎng)及材料的性質(zhì)有關(guān)。 （3-24） 2021/9/12172.3 光電二極管2021/9/12182021/9/1219外形光變化電流變化光電轉(zhuǎn)換器光敏特性 （a） （b） 光電二極管的符號(hào)與光電特性的測(cè)量電路（a）符號(hào) （b）光電特性的測(cè)量電路硅光電二極管2021/9/1220光電二極管的伏安特性有光光電接收二極管反偏狀態(tài)光電流（恒流）光電流與照度線(xiàn)性關(guān)系無(wú)光暗電流2021/9/122

7、1國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類(lèi)型不同，分為2CU和2DU兩種系列。2CU系列以N-Si為襯底， 2DU系列以P-Si為襯底2CU系列光電二極管只有兩個(gè)引出線(xiàn)，而2DU系列光電二極管有三條引出線(xiàn)，除了前極、后極外，還設(shè)了一個(gè)環(huán)極。硅光電二極管結(jié)構(gòu)示意圖2DU管加環(huán)極的目的是為了減少暗電 流和噪聲。2021/9/1222 光電二極管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜，而SiO2中又常含有少量的鈉、鉀、氫等正離子。 SiO2是電介質(zhì)，這些正離子在SiO2中是不能移動(dòng)的，但是它們的靜電感應(yīng)卻可以使P-Si表面產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電子層。 這個(gè)電子層與N-Si的導(dǎo)電類(lèi)型相同，可以使P-Si表面與NSi連通

8、起來(lái)。 當(dāng)管子加反偏壓時(shí)，從前極流出的暗電子流，除了有PN結(jié)的反向漏電子流外，還有通過(guò)表面感應(yīng)電子層產(chǎn)生的漏電子流，從而使從前極流出的暗電子流增大。 2021/9/1223 為了減小暗電流，設(shè)置一個(gè)N+-Si的環(huán)把受光面（N-Si）包圍起來(lái)，并從N+-Si環(huán)上引出一條引線(xiàn)（環(huán)極），使它接到比前極電位更高的電位上，為表面漏電子流提供一條不經(jīng)過(guò)負(fù)載即可達(dá)到電源的通路。 這樣，即可達(dá)到減小流過(guò)負(fù)載的暗電流、減小噪聲的目的。 如果使用時(shí)環(huán)極懸空，除了暗電流、噪聲大些外，其它性能均不受影響。 2CU管子，因?yàn)槭且訬-Si為襯底，雖然受光面的SiO2防反射膜中也含有少量的正離子，而它的靜電感應(yīng)不會(huì)使N-S

9、i表面產(chǎn)生一個(gè)和P-Si導(dǎo)電類(lèi)型相同的導(dǎo)電層，從而也就不可能出現(xiàn)表面漏電流，所以不需要加環(huán)極。 2021/9/1224光電二極管的用法：光電二極管的用法只能有兩種。一種是不加外電壓，直接與負(fù)載相接。另一種是加反向電壓，如圖所示。 a) 不加外電源 b) 加反向外電源 c) 2DU環(huán)極接法實(shí)際上，不是不能加正向電壓，只是正接以后就與普通二極管一樣，只有單向?qū)щ娦?，而表現(xiàn)不出它的光電效應(yīng)。 2021/9/1225加反向電壓時(shí)，伏安特性曲線(xiàn)常畫(huà)成如下圖所示的形式。與硅光電池的伏安特性曲線(xiàn)圖比較，有兩點(diǎn)不同。一是把硅光電池的伏安特性曲線(xiàn)圖中、象限里的圖線(xiàn)對(duì)于縱軸反轉(zhuǎn)了一下，變?yōu)樯蠄D(a)。這里是以橫軸

10、的正向代表負(fù)電壓，這樣處理對(duì)于以后的電路設(shè)計(jì)很方便。二是因?yàn)殚_(kāi)路電壓UOC一般都比外加的反向電壓小很多，二者比較可略而不計(jì)，所以實(shí)用曲線(xiàn)常畫(huà)為上圖(b)的形式。 2021/9/1226微變等效電路與頻率特性：光電二極管的等效電路可表達(dá)如下：其中圖a為實(shí)際電路；圖b為考慮到光電二極管結(jié)構(gòu)、功能后畫(huà)出的微變等效電路，其中Ip為光電流，V為理想二極管，Cf為結(jié)電容，Rsh為漏電阻，Rs為體電阻，RL為負(fù)載電阻；圖c是從圖b簡(jiǎn)化來(lái)的，因?yàn)檎＿\(yùn)用時(shí)，光電二極管要加反向電壓，Rsh很大，Rs很小，所以圖b中的V、Rsh、Rs都可以不計(jì)，因而有圖c的形式；2021/9/1227圖d又是從圖c簡(jiǎn)化來(lái)的，因?yàn)?/p>

11、Cf很小，除了高頻情況要考慮它的分流作用外，在低頻情況下，它的阻抗很大，可不計(jì)。因此具體應(yīng)用時(shí)多用圖d和圖c兩種形式。流過(guò)負(fù)載的交變電流復(fù)振幅為 ：ILIp1/(1+j)2021/9/1228：入射光的調(diào)制圓頻率，2f，f為入射光的調(diào)制頻率。 = CfRLIL的模量為可見(jiàn)，IL是頻率的函數(shù)，隨著入射光調(diào)制頻率的增加而減小。當(dāng)=1/時(shí)， 這時(shí)f = 1/2稱(chēng)為上限截止頻率，或稱(chēng)為帶寬。 2021/9/1229幾種國(guó)產(chǎn)2CU型硅光電二極管的特性 2021/9/1230幾種國(guó)產(chǎn)2DU型硅光電二極管的特性 2021/9/12312.4 其他類(lèi)型的光生伏特器件 PIN型光電二極管 為了提高PN結(jié)硅光電二

12、極管的時(shí)間響應(yīng)，消除在PN結(jié)外光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)間，常采用在P區(qū)與N區(qū)之間生成I型層，構(gòu)成如圖3-6（a）所示的PIN結(jié)構(gòu)光電二極管，PIN結(jié)構(gòu)的光電二極管與PN結(jié)型的光電二極管在外形上沒(méi)有什么區(qū)別，都如圖3-6（b）所示。 PIN光電二極管在反向電壓作用下，耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)半導(dǎo)體，光生載流子只產(chǎn)生漂移電流，因此， 它的時(shí)間響應(yīng)只取決于 與 ，在10-9s左右。 drRC2021/9/1232 PNI 導(dǎo)帶 價(jià)帶信號(hào)光 PIN光電二級(jí)管P型層很薄使光子很快進(jìn)入I區(qū)I區(qū)電阻很大可加較高電壓高的電阻使暗電流明顯減小，這些產(chǎn)生的光生電子空穴對(duì)將立刻被電場(chǎng)分離并作快速漂移運(yùn)動(dòng)I區(qū)加入增大了耗盡層厚

13、度減小了結(jié)電容CJ，提高了量子效率漂移時(shí)間約為 相當(dāng)于f=KMHz2021/9/1233 入射光照射在P層上，由于P層很薄，大量的光被較厚的I層吸收，激發(fā)較多的載流子形成光電流；又PIN結(jié)光電二極管比PN結(jié)光電二極管施加較高的反偏置電壓，使其耗盡層加寬。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在交界處形成電子和空穴的濃度差別，因此，N區(qū)的電子要向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散。 P區(qū)一邊失去空穴，留下帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，N區(qū)一邊失去電子，留下帶正電的雜質(zhì)離子，在PN交界面形成空間電荷，即在交界處形成了很薄的空間電荷區(qū)，在該區(qū)域中，多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對(duì)方而復(fù)合掉，即消耗盡了，耗盡層的電阻率很高。擴(kuò)散越強(qiáng)，耗盡層越

14、寬，PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，加速了光電子的定向運(yùn)動(dòng)，大大減小了漂移時(shí)間，因而提高了響應(yīng)速度。PIN結(jié)光電二極管仍然具有一般PN結(jié)光電二極管的線(xiàn)性特性圖7-28 PIN光電二極管偏壓價(jià)帶導(dǎo)帶信號(hào)光信號(hào)光電極電極輸出端P I N2021/9/1234最大特點(diǎn)：頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線(xiàn)性輸出范圍寬。由耗盡層寬度與外加電壓的關(guān)系可知，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。不足：I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。目前有將PIN管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出

15、售。 2021/9/1235 PIN管 PIN管是光電二極管中的一種。是在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。 這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于I層中，從而使PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式 = CfRL與f = 1/2知，Cf小，則小，頻帶將變寬。因此，這種管子最大的特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線(xiàn)性輸出范圍寬。 PIN硅光電二極管2021/9/1236由耗盡層寬度與外加電壓的關(guān)系可知，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。所不足的是，I層電阻很大，管子的輸

16、出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。目前有將PIN管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。 PIN光電二極管光電轉(zhuǎn)換2021/9/1237 雪崩光電二極管 雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。 這種管子工作電壓很高，約100200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。雪崩二極管2021/9/1238 當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的自持雪崩。 這種管子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100GHz，

17、是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。 由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)法使用。 2021/9/1239 雪崩光電二極管 PIN光電二極管提高了PN結(jié)光電二極管的時(shí)間響應(yīng)，但未能提高器件的光電靈敏度，為了提高光電二極管的靈敏度，人們?cè)O(shè)計(jì)了雪崩光電二極管，使光電二極管的光電靈敏度提高到需要的程度。 1.結(jié)構(gòu) 圖3-7（a）所示為在P型硅基片上擴(kuò)散雜質(zhì)濃度大的N+層，制成P型N結(jié)構(gòu)； 圖3-7（b）所示為在N型硅基片上擴(kuò)散雜質(zhì)濃度大的P+層，制成N型P結(jié)構(gòu)的雪崩光電二極管； 圖3

18、-7（c）所示為PIN型雪崩光電二極管。 2021/9/1240 由于PIN型光電二極管在較高的反向偏置電壓的作用下耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)PN結(jié)結(jié)區(qū)，形成自身保護(hù)（具有很強(qiáng)的抗擊穿功能），因此，雪崩光電二極管不必設(shè)置保護(hù)環(huán)。 市場(chǎng)上的型雪崩光電二極管基本上都是PIN型雪崩光電二極管。 2021/9/1241雪崩式光電二極管（APD） 在PN結(jié)的P區(qū)外增加一層摻雜濃度極高的P +層，且在其上加上高反偏壓。 當(dāng)光入射到PN結(jié)時(shí)， 光子被吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。如果電壓增加到使電場(chǎng)達(dá)到200 kV/cm以上，初始電子（一次電子）在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶格原子相碰撞， 使晶格原子

19、電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。 新產(chǎn)生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使載流子雪崩式倍增，偏壓輸出端價(jià)帶導(dǎo)帶信號(hào)光信號(hào)光電極電極P+ P N圖7-29 雪崩式二極管2021/9/1242雪崩光敏二級(jí)管（APD）PN類(lèi)似光電倍增管，具有內(nèi)部電流增益雪崩倍增光電流無(wú)雪崩倍增時(shí)的反向飽和電流倍增因子外加電壓擊穿電壓常數(shù)，約為132021/9/12432.工作原理 雪崩光電二極管為具有內(nèi)增益的一種光生伏特器件。它利用光生載流子在強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)的定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)獲得光電流的增益。 電離產(chǎn)生的載流子數(shù)遠(yuǎn)大于光激發(fā)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)，這時(shí)雪崩光電二極管的輸出電流迅速增加，其電流倍增系

20、數(shù)M定義為 （3-10） 式中，I為倍增輸出的電流，I0為倍增前輸出的電流。 2021/9/1244 雪崩倍增系數(shù)M與碰撞電離率有密切的關(guān)系。碰撞電離率表示一個(gè)載流子在電場(chǎng)作用下，漂移單位距離所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目。實(shí)際上電子電離率和空穴電離率 是不完全一樣的，它們都與電場(chǎng)強(qiáng)度有密切關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)確定，電離率與電場(chǎng)強(qiáng)度E可以近似的寫(xiě)成以下關(guān)系 np（3-10） 式中,A、b、m都為與材料有關(guān)系數(shù)。 假定=時(shí)，可以推導(dǎo)出倍增系數(shù)與電離率的關(guān)系為 np（3-11） XD為耗盡層的寬度。上式表明，當(dāng) （3-12） 2021/9/1245 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，當(dāng)通過(guò)耗盡區(qū)的每個(gè)載流子平均能產(chǎn)生一對(duì)電子空穴時(shí)

21、，就發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象。當(dāng)M時(shí)，PN結(jié)上所加的反向偏壓就是雪崩擊穿電壓UBR。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在略低于擊穿電壓時(shí)，也發(fā)生雪崩倍增現(xiàn)象，不過(guò)M較小，這時(shí)M隨反向偏壓U的變化可用經(jīng)驗(yàn)公式近似表示 從圖3-8所示的伏-安特性曲線(xiàn)可以看出，在雪崩擊穿點(diǎn)附近電流隨偏壓變化的曲線(xiàn)較陡，當(dāng)反向偏壓有較小變化時(shí)，光電流將有較大變化。 2021/9/12463.噪聲 由于雪崩光電二極管中載流子的碰撞電離是不規(guī)則的，碰撞后的運(yùn)動(dòng)方向更是隨機(jī)的，所以它的噪聲比一般光電二極管要大些。在無(wú)倍增的情況下，其噪聲電流主要為如式（3-6）所示的散粒噪聲。當(dāng)雪崩倍增M倍后，雪崩光電二極管的噪聲電流的均方根值可近似由下式計(jì)算。 （3-

22、15） 式中指數(shù)n與雪崩光電二極管的材料有關(guān)。對(duì)于鍺管，n=3；對(duì)于硅管為2.3n2.5。 顯然，由于信號(hào)電流按M倍增加，而噪聲電流按Mn/2倍增加。因此，隨著M增加，噪聲電流比信號(hào)電流增加得更快。 2021/9/1247特點(diǎn) 雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。 這種管子工作電壓很高，約100200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100G

23、Hz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)法使用。但由于APD的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。 2021/9/12482.5 光敏三極管光敏三極管有PNP型和NPN型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一邊做的很大,以擴(kuò)大光的照射面積,且其基極不接引線(xiàn)。當(dāng)集電極加上正電壓,基極開(kāi)路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光線(xiàn)照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,光生電子被拉到集電

24、極,基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子流向集電極,形成輸出電流,且集電極電流為光電流的倍。 PPNNNPe b bc RL Eec2021/9/1249普通三極管ICIBeEBECIERCRbcbNNP2021/9/1250光敏三極管ICIBeEBECIERCRbcbNNP基區(qū)很薄，基極一般不接引線(xiàn)；集電極面積較大。2021/9/12512.5 光電三極管 光電三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣有兩種基本結(jié)構(gòu)，NPN結(jié)構(gòu)與PNP結(jié)構(gòu)。用N型硅材料為襯底制作的 NPN結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為 3DU型；用P型硅材料為襯底制作的稱(chēng)為PNP結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為3CU型。圖3-12所示為3DU型光電三極管

25、的工作原理及其符號(hào)。 圖 (a)所示為NPN型光電三極管的原理結(jié)構(gòu)圖； 圖(b)所示為光電三極管的電路符號(hào)。 2021/9/12521. 工作原理 光電三極管的工作原理分為兩個(gè)過(guò)程：一是光電轉(zhuǎn)換；二是光電流放大。 集電極輸出的電流為 (3-25) 光電三極管的電流靈敏度是光電二極管的倍。相當(dāng)于將光電二極管與三極管接成如圖3-12(c)所示的電路形式，光電二極管的電流Ip被三極管放大倍。 為提高光電三極管的增益，減小體積，常將光電二極管或光電三極管及三極管制作到一個(gè)硅片上構(gòu)成集成光電器件。2021/9/1253 如圖3-13所示為三種形式的集成光電器件。圖3-13 (a)所示為光電二極管與三極管

26、集成而構(gòu)成的集成光電器件，它比圖3-12(c)所示的光電三極管具有更大的動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)楣怆姸O管的反向偏置電壓不受三極管集電結(jié)電壓的控制。圖3-13(b)所示的電路為圖3-12(c)所示的光電三極管與三極管集成構(gòu)成的集成光電器件，它具有更高的電流增益（靈敏度更高）。 2021/9/12542. 光電三極管特性 1）伏安特性 圖3-14所示為硅光電三極管在不同光照下的伏安特性曲線(xiàn)。光電三極管在偏置電壓為零時(shí)，無(wú)論光照度有多強(qiáng)，集電極電流都為零。偏置電壓要保證光電三極管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，而集電結(jié)處于反向偏置。隨著偏置電壓的增高伏安特性曲線(xiàn)趨于平坦。 光電三極管的伏安特性曲線(xiàn)向上偏斜，間距增大。這是因?yàn)楣怆娙龢O管除具有光電靈敏度外，還具有電流增益，并且，值隨光電流的增大而增大。 2021/9/1255光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻?，不足以激發(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在