光電二極管的應(yīng)用

光電二極管及其應(yīng)用LED的發(fā)光機理發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光發(fā)光區(qū)域？PN結(jié)未加電壓時構(gòu)成一定的勢壘LED的發(fā)光機理當加正向偏置時，勢壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散。由于電子遷移率比空穴遷移率快得多，出現(xiàn)大量電子向p區(qū)擴散，構(gòu)成了對p區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋放。LED的發(fā)光機理LED的發(fā)光機理發(fā)光的波長或頻率取決于選用的半導(dǎo)體材料的能隙Eg，Eg的單位為電子伏(eV)Eg=hv/q=hc/(λq)

λ

=hc/(qEg)=1240/Eg(nm)

碳化硅二極管發(fā)黃光磷砷化鎵二極管發(fā)紅光磷化鎵二極管發(fā)綠光①當光電二極管上加有反向電壓時，管子中的反向電流將隨光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數(shù)情況都工作在這種狀態(tài)。

②光電二極管上不加電壓，利用PN結(jié)在受光照射時產(chǎn)生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態(tài)一般作光電檢測器。

光電二極管有4種類型：即PN結(jié)型(也稱PD)、PIN結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型。用得最多的是用硅材料制成的PN結(jié)型，它的價格也最便宜。其他幾種響應(yīng)速度高，主要用于光纖通信及計算機信息傳輸光電二極管光電二極管是一種光電變換器件，其基本原理是光照到PN結(jié)上時，吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。它有兩種工作狀態(tài)：普通二極管在正向電壓大于0.7V的情況下，而光電二極管則必須工作在07V以下（如圖中的所示的第3和第4象限），否則，不會產(chǎn)生光電效應(yīng)光電二極管基本特性PIN二極管普通的二極管由PN結(jié)組成.在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層,組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN二極管.正因為有本征(Intrinsic)層的存在，PIN二極管應(yīng)用很廣泛，從低頻到高頻的應(yīng)用都有，主要用在RF領(lǐng)域，用作RF開關(guān)和RF保護電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN光電二極管PIN開關(guān)二極管PIN結(jié)二極管的基本結(jié)構(gòu)對于Si-pin二極管，其中I型層得載流子濃度很低低、電阻率很高（約數(shù)量級），厚度W一般比較厚，耗盡層幾乎占據(jù)整個PN結(jié)，從而使光子在零電場區(qū)被吸收的可能性很小，而在耗盡層被充分吸收，故PIN光電二極管又稱耗盡層光電二極管，這是它比一般光電二極管的優(yōu)越之處。為抑制噪聲i層兩邊的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的摻雜濃度通常很高（即為重摻雜）PIN光電二極管的工作原理PIN二極管加反向電壓時，則外加電場和內(nèi)部電場區(qū)內(nèi)的電場方向相同。當有光照射二極管時，并且比外加光子能量大于禁帶寬度Eg，那么價帶上的電子就會吸收光子能量躍遷到導(dǎo)帶上，從而形成電子-空穴對。在耗盡層即本征層內(nèi)的電子空穴對，在強電場的作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，從而形成光電流。光功率變化時，光電流也隨之線性變化，從而光信號變成電信號hvPIN光電二極管的工作原理PIN二極管加正，勢壘高度降低，則電子和空穴分別從兩邊大量注入本征的I型層。這時可以認為I型層中的電子濃度和空穴濃度相等，并且均勻分布。注入的電子和空穴將在I層發(fā)生復(fù)合，載流子復(fù)合越快，形成的電流就越大。

PIN結(jié)的應(yīng)用當二極管正偏時，即接通（短路）當二極管0偏或者反偏時，即可把pin結(jié)作為一個容器或者開路設(shè)計PIN二極管時需主要考慮幾個參數(shù)1.插入損耗：開關(guān)在導(dǎo)通時衰減不為零，稱為插入損耗2.隔離度：開關(guān)在斷開時其衰減也非無窮大，稱為隔離度3.開關(guān)時間：由于電荷的存儲效應(yīng)，PIN管的通斷和斷通都

需要一個過程，這個過程所需時間4.承受功率：在給定的工作條件下，微波開關(guān)能夠承受的最

大輸入功率5.電壓駐波系數(shù)：僅反映端口輸入，輸出匹配情況6.視頻泄漏7.諧波：PIN二極管也具有非線性，因而會產(chǎn)生諧波，PIN開

關(guān)在寬帶應(yīng)用場合，諧波可能落在使用頻帶內(nèi)引起干擾.開

關(guān)分類：反射式和吸收式，吸收式開關(guān)的性能較反射式開

關(guān)優(yōu)良APD二極管激光通信中使用的光敏元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產(chǎn)生“雪崩”（即光電流成倍地激增）的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。光生載流子─空穴電子對在APD光二極管內(nèi)部高電場作用下高速運動，在運動過程中通過碰撞電離效應(yīng)，產(chǎn)生數(shù)量是首次空穴電子對幾十倍的二次、三次新空穴電子對，從而形成很大的光信號電流。APD二極管的工作機理APD二極管的工作機理當外加高反向偏壓時（如100伏以上），耗盡層會穿過P區(qū)而進入π區(qū)，從而在APD光二極管內(nèi)部會形成二個電場區(qū)：高電場區(qū)與漂移區(qū)。近似本征型材料在高電場區(qū)，由于入射光產(chǎn)生的空穴-電子對在高電場作用下高速運動。由于其速度很快而具有很大的功能，所以在運動過程中會出現(xiàn)“碰撞電離”現(xiàn)象，通過“碰撞電離”可以產(chǎn)生新的、幾個或幾十個二次空穴-電子對在高電場區(qū)又可以通過“碰撞電離”效應(yīng)產(chǎn)生三次、四次空電子對。這樣一來，由入射產(chǎn)生的一個首次空穴-電子對，可能會產(chǎn)生幾十個或幾百個新的空電子對，即所謂“倍增”效應(yīng)APD二極管的工作機理APD二極管的工作機理在漂移區(qū)，雖然不具有像高電場區(qū)那樣的高電場，但對于維持一定的載流子速度來講，該電場是足夠的。于是，由入射光產(chǎn)生的首次空穴-電子對以及在內(nèi)部高電場區(qū)通過“碰撞電離”產(chǎn)生的二次、三次空穴-電子對，通過漂移區(qū)形成光電流。APD光電二極管的“倍增”效應(yīng)，能使在同樣大小光的作用下產(chǎn)生比PIN光電二極管大幾十倍甚至幾百倍的光電流，相當于起了一種光放大作用（實際上不是真正的光放大），因此能大大提高光接收機得靈敏度APD二極管的應(yīng)用主要的幾個性能指標為量子效率（表示APD吸收入射光子并產(chǎn)生原始載流子的效率）和總漏電流（為暗電流、光電流與噪聲之和）。暗電噪聲包括串聯(lián)和并聯(lián)噪聲，其中串聯(lián)噪聲為霰彈噪聲，它大致正比于APD的電容，而并聯(lián)噪聲則與APD的體暗電流和表面暗電流的波動有關(guān)。此外，還存在用噪聲系數(shù)F表示的超額噪聲，它是隨機的APD倍增過程中所固有的統(tǒng)計噪聲。APD主要用于激光測距機和長距離光纖通信，此外也開始被用于正電子斷層攝影和粒子物理等領(lǐng)域

。APD陣列也已被商業(yè)化。APD的用途取決于許多性能指標光電池是一種不需要加偏壓的，能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的PN結(jié)的光電器件按光電池的用途可分為兩大類：太陽能光電池測量光電池太陽能電池的發(fā)電原理太陽能電池的發(fā)電原理光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種電位差的機理有好幾種，主要的一種是由于阻擋層的存在。以下以P-N結(jié)為例說明。制作P-N結(jié)的材料，可以是同一種半導(dǎo)體（同質(zhì)結(jié)），也可以是由兩種不同的半導(dǎo)體材料或金屬與半導(dǎo)體的結(jié)合（異質(zhì)結(jié)）?！敖Y(jié)合”指一個單晶體內(nèi)部根據(jù)雜質(zhì)的種類和含量的不同而形成的接觸區(qū)域，嚴格來說是指其中的過渡區(qū)。光伏發(fā)電照明系統(tǒng)獨立系統(tǒng)常見于居民區(qū)路燈、停車場標志燈和電網(wǎng)公共照明系統(tǒng)，它們通常需要電池，所以有很高的存儲修復(fù)損耗和維護費用并網(wǎng)系統(tǒng)光伏發(fā)電照明系統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)不需要電池，但是它們要連接到電網(wǎng)上，并且當從光伏矩陣板中采集的太陽能不能滿足裝置需求時，系統(tǒng)將會從電網(wǎng)吸取電能。在并網(wǎng)系統(tǒng)中，為了將光伏矩陣板中輸入能量