光纖通信技術(shù)與設(shè)備第四講PIN光檢測器概述目錄12光電二極管3PIN光電檢測器概述1概述光電檢測器的作用：把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電檢測器是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。要求：①在系統(tǒng)的工作波長上具有足夠高的響應(yīng)度，即對一定的入射光功率，能夠輸出盡可能大的光電流；②具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)；③具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響；④具有良好的線性關(guān)系，以保證信號轉(zhuǎn)換過程中的不失真；⑤具有較小的體積、較長的工作壽命等；⑥工作電壓盡量低，使用簡便。概述

1）外光電效應(yīng)（光電倍增管）：入射光能量大，能將光敏材料的的內(nèi)部電子全部激發(fā)出來。典型器件：APD雪崩光電二極管

2）內(nèi)光電效應(yīng)（PIN：入射光子不直接激發(fā)光子，僅僅使內(nèi)部電子從較低能級躍遷到較高能級。典型器件：PIN光電二極管光電二極管2光電二極管光電二極管結(jié)構(gòu)由光照、PN結(jié)、耗盡區(qū)、自建場、外加反偏壓、電信號輸出等組成。圖1光電二極管結(jié)構(gòu)光電二極管光電二極管工作原理：光電檢測器是外加反向偏壓的PN結(jié)，當(dāng)入射光作用時，發(fā)生受激吸收產(chǎn)生光生電子-空穴對，這些電子-空穴對在耗盡層內(nèi)建電場作用下形成漂移電流，同時在耗盡層兩側(cè)部分電子-空穴對由于擴散運動進入耗盡層，在電場作用下形成擴散電流，這兩部分電流之和為光生電流。圖2光電二極管結(jié)構(gòu)光電二極管

在耗盡層形成漂移電流。內(nèi)部電場的作用，電子向N區(qū)運動，空穴向P區(qū)運動如果光子的能量大于或等于帶隙(hf≥Eg)當(dāng)入射光作用在PN結(jié)時發(fā)生受激吸收PN結(jié)界面內(nèi)部電場漂移運動能帶傾斜電子和空穴的擴散運動N-----PPIN光電二極管3PIN光電二極管P+N+I入射光電極電極E抗反射膜圖3PIN光電檢測器結(jié)構(gòu)與電能分布

中間的I層是N型摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體；兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體，用P+

和N+表示。I層很厚，吸收系數(shù)很小，入射光很容易進入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量電子-空穴對，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。兩側(cè)P+

和N+層很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據(jù)整個耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。另外，可通過控制耗盡層的寬度，來改變器件的響應(yīng)速度PIN光電檢測器PN結(jié)上有內(nèi)建電場。當(dāng)PN結(jié)加上反向電壓后，入射光主要在耗盡區(qū)被吸收，在耗盡區(qū)產(chǎn)生光生載流子(電子空穴對)。在耗盡區(qū)電場作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，產(chǎn)生光生電動勢。在遠(yuǎn)離PN結(jié)的地方，因沒有電場的作用，電子空穴作擴散運動，產(chǎn)生擴散電流。因I層寬。加了反偏壓后，空間電荷區(qū)加寬，絕大多數(shù)光生載流于部落在耗盡層內(nèi)進行高效、高速漂