光电检测技术与光纤基础：第三章 结型光电器件

1第三章结型光电器件结型光电器件主要包括：光电池（太阳能电池）、光电二极管、光电晶体管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等可以分为：PN结型、PIN结型、肖特基结型使用注意事项：1、有极性，P为正极；2、灵敏度取决于器件及使用条件；3、响应速度快，与RC有关；4、有温度效应，但不明显；5灵敏度与带宽乘机为常数光伏效应发生条件：结型材料或内建电场材料；入射光波长Eth2PN3.1结型光电器件工作原理3.1.1热平衡下的PN结内建电场消弱扩散、增强漂移，直到两者达到平衡。内部形成势垒或内建电场漂移扩散E内3pn结的能带图：形成pn结后（热平衡状态）自建势：4外加偏压UPN饱和正向E内UID当外加偏压时：正向反向I0为反向饱和电流正偏时，外加电场方向与内建电场方向相反，电阻减少，电流增大；反偏时，外加电场方向与内建电场方向相同，电阻增大，电流很小。53.1.2光照下的PN结1.PN结光伏效应PNNP光伏效应----光生伏特效应，是指光照射半导体的结区时，产生电位差的现象。NP光生电动势方向与内建电场方向相反。相当于加了正偏压。6光伏工作模式：光导工作模式：工作在零偏置状态下工作在反偏状态下RLNPRLUbNP7分类电池：结构简单、重量轻、体积可大、可靠性高、使用方便、寿命长等探测器：体积小、灵敏度高、线性范围宽、稳定性好、光谱响应合适、使用方便等3.2硅光电池太阳能电池（能量转换）

测量光电池（探测器）按不同材料有：硅光电池、硒光电池、砷化镓光电池、锗光电池等8NPRLE=0E1E2UIIPIDSEE正向饱和正向电流饱和电流光电流UU---不加外电压IDIPRLURsCjRshIL3.2硅光电池3.2.1—之--原理（PN结电流方程）9NPRLIPID扩散电流漂移电流光电流U光伏工作区RL1RL2E=0E1E2UILPN结电流方程（重要）10UE=0E1E2IscUocI开路电压UocISC短路电流开路电压短路电流IscUocEUocIsc113.2.1硅光电池的基本结构NERLILP123.2.2硅光电池的特性参数1.光照特性(1)开路时对数关系IUIsc4Isc1Isc2Isc3Uoc4Uoc2Uoc1Uoc3例：设一光电池，在入射辐照度为100W/m2时的开路电压为0.412V，求该光电池在入射辐射照度变为150W/m2时的开路电压，已知环境温度为T=300K(波耳兹曼常数k=1.38×10-23焦/度,kT≈26meV)。13IUUoc4Isc4Isc1Isc2Isc3Uoc2Uoc1Uoc32.4KΩ12KΩ120ΩФI硅光电池光照与负载特性负载电阻越小，线性范围越大。这是光电池作为探测器时选择负载的依据线性区RL1RL2(3)负载特性(2)短路时线性关系IscUocEUocIsc14Si光电池光谱响应在0.4～1.1微米，Se光电池光谱响应在0.3～0.8.更接近人眼的视见函数。与材料、结构等有关2.光谱特性153.频率特性tIs1.0t0.370.63上下对于矩形脉冲光照对于正弦形光照tEtIs164.温度特性光电池外形：作为太阳能电池时，应选择输出能力最大对应的负载。17----外加反向偏压光导工作区E=0E1E2UIUIPEPNRLUbID3.3硅光电二极管和硅光电三极管3.3.1硅光电二极管18电流方程：光电池工作区UbRLE=0E1E2UIL光敏二极管工作区URLUbIPRLUb=0RLEILPNRLUb硅光电二极管和光电池的区别①光电池掺杂浓度高②光电池电阻率低③光电池零偏④光电二极管面积小，响