第四章-光生伏特器件
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尽区的每个载流子平均能产生一 对电子—空穴时，就发生雪崩击 穿现象。当M→∞时，PN结上所 加的反向偏压就是雪崩击穿电压 UBR。
在雪崩击穿点附近曲线较陡， 当反向偏压有较小变化时，光电 流将有较大变化。
稳压！！！
3. 雪崩光敏二极管
M
IM I0
1
1
U UB
n
UB为击穿电压
U很低 －－没有倍增现象
1.硅光敏二极管
光敏二极管实物图1
光敏二极管实物图2
各种式样的光敏二极管
1.硅光敏二极管
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
I I0 eeU / kT 1 Ip
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第一象限：普通二极管 光电探测器 这个区域没有意义！！
Ta=25 ℃，除非特别说明，均为 典型值，灵敏度: λ=800 nm， M=1
1.光电导效应是由于本征吸收或杂质吸收光改变电导率，属 于多数载流子导电。（ ） 2.光生伏特效应是由于光入射使PN结产生电势差，属于少数 载流子导电。（ ） 3.光生伏特器件与光电导器件相比具有响应速度快，微弱辐 射探测能力强的优点。（ ）
RC c j (Ri RL )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
RC c j (Ri RL )
普通PN结硅光敏二极管的管芯内阻Ri约为250Ω，PN结电容Cj 常为几个Pf，在负载电阻RL低于500Ω时，时间常数也在ns数 量级。 但当负载电阻RL很大时，时间常数将成为影响硅光敏二极管 时间响应的一个重要因素，应用时必须注意。
§4 光生伏特器件
光生伏特器件
光伏效应： 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。
光伏探测器： 利用半导体光伏效应制作的器件称为光伏探 测器，简称PV（Photovoltaic）探测器，也 称结型光电器件。
光生伏特器件
当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时，价带 中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用 下分开，并分别向如图所示的方向运动，形成光生伏特电 压或光生电流的现象。
另外，可通过控制耗尽层的宽度w，来改变器件的响应速度。
2.PIN型光敏二极管
滨松S5821-02 硅PIN光电二极管指标
感光面积
φ1.2 mm
象元数
1
封装
金属
封装类型
TO-18
反偏电压（最大） 20V
光谱响应范围
320 to 1100 nm
峰值波长
960 nm
灵敏度
0.52 A/W
暗电流
2000 pA
子—空穴对数目。
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理
电离率与电场强度E可以近似的写成以下关系
-( b )m
Ae E
式中，A、b、m都为与材料有关系数。
假定αn=αp=α时，倍增系数与电离率 的关系为
M
1
1
xD
0
dx
XD为耗尽层的宽度。
当
xD dx 1
0
M
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理 在强电场作用下，当通过耗
I
2 n
2qIM
n f
式中指数n与雪崩光敏二极管的材料有关。对于锗管，n=3；对于硅管
为2.3<n<2.5。
由于信号电流按M倍增加，而噪声电流按Mn/2倍增加。因此，随着M增
加，噪声电流比信号电流增加得更快。
滨松S2384 硅APD指标
类型
近红外型（低偏置）
感光面积 封装
φ3 mm 金属
封装类型 峰值波长（典型值）
内建电场的方向相同的方向为正向。
定义光敏二极管的电流灵
敏度为入射到光敏面上辐射量的
变化引起电流变化dI与辐射量变
化之比。
Si
dI d
q
hc
(1 ed )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-光谱响应
Si
dI d
q
hc
(1 ed )
表面上看电流灵敏度与波长λ成正比，但是，材料的吸收 系数α还隐含着与入射辐射波长的关系。常把光敏二极管 的电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理 电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子
数，这时雪崩光敏二极管的输出电流迅速增加，其电流倍
增系数M定义为
M I I0
式中，I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。 雪崩倍增系数M与碰撞电离率有密切的关系。碰撞电离率
表示一个载流子在电场作用下，漂移单位距离所产生的电
硅光敏二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件， 其中，PN结硅光敏二极管为最基本的光生伏特器件。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-基本结构 光敏二极管（photo diode）可分为以P型硅为衬底的2DU型
与以N型硅为衬底的2CU型两种结构形式。
在高阻轻掺杂的P型硅片上通过扩散或注入的方式生成很浅 的N型层。在N型层的上面氧化生成极薄的SiO2保护膜，保护 光敏面并增加器件对光的吸收。
2.PIN型光敏二极管
为了提高PN结硅光敏二极管的时间响应，消除在PN结外 光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型 层，构成PIN结构光敏二极管。
PIN光敏二极管在反 向电压作用下，耗尽区 扩展到整个半导体，光 生载流子只产生漂移电 流，因此， 它的时间 响应只取决于τdr 与 τRC ，在10-9s左右。
2.PIN型光敏二极管
PIN光敏二极管的工作原理： 中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体，用Π(N)表示；
两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，用P+和N+表示。 I层很厚， 吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充
分吸收而产生大量电子 - 空穴对，因而大幅度提高了光电转换效 率。
两侧P+层和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占 据整个耗尽层， 因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大 大提高了响应速度。
截止频率
25 MHz
结电容
3 pF
3. 雪崩光敏二极管
PIN光敏二极管提高了PN结光敏二极管的时间响应， 但未能提高器件的光电灵敏度，为了提高光敏二极管的灵敏 度，人们设计了雪崩光敏二极管（Avalanche PohtodiodeAPD ）。 1）结构
（a）所示为在P型硅基片上扩散杂质浓度大的N+层，制成P 型N结构；所示为在N型硅基片上扩散杂质浓度大的P+层， 制成N型P结构的雪崩光敏二极管；（c）所示为PIN型雪崩 光敏二极管。
在不向电压大于0.7V的情况下，而 光敏二极管则必须工作在这 个电压以下，否则，不会产 生光电效应。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-灵敏度
在光电技术中常采用重新定义电流与电压正方向的方法
把特性曲线旋转。重新定义的电流与电压的正方向均以PN结
光生伏特器件
具有光生伏特效应的半导体材料有很多，如硅（Si）、 锗（Ge）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）等半导体材料。利 用这些材料能够制造出具有各种特点的光生伏特器件。 主要包括：光敏二极管、光敏三极管、光电池、半导体位置 敏感器件等。
硅光生伏特器件具有制造工艺简单、成本低等特点使它 成为目前应用最广泛的光生伏特器件。
U增加到接近UB －－得到很大的倍增
U超过UB －－噪声电流很大
APD合适工作点： U接近UB，但不超过
3. 雪崩光敏二极管
3）噪声
由于雪崩光敏二极管中载流子的碰撞电离是不规则的，碰撞后的运 动方向更是随机的，所以它的噪声比一般光敏二极管要大些。在无倍增 的情况下，其噪声电流主要为散粒噪声。当雪崩倍增M倍后，雪崩光敏二 极管的噪声电流的均方根值可近似由下式计算。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应 对于PN结硅光敏二极管，入射辐射在PN结势垒区以
外激发的光生载流子必须经过扩散运动到势垒区内才能在 内建电场作用，并分别拉向P区与N区。载流子的扩散运 动往往很慢，扩散时间τp很长，约为100ns，是限制PN结 硅光敏二极管时间响应的主要因素。
另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL 构成的时间常数τRC，τRC为
4.光电导器件在强光和弱光的照射情况下光电灵敏度相同。（ ）
5.光生伏特器件必须工作在反向偏置情况下才能正常工作。（ ）
1.PN结光敏二极管与PIN光敏二极管比较，哪项特性提
高了？
响应时间变小
2.雪崩光敏二极管与PIN光敏二极管比较，哪项特 性提高了？
光电灵敏度提高。
4.光敏晶体管
光敏晶体管有NPN结构与PNP结构。用N型硅材料为衬底 制作的 NPN结构，称为 3DU型；用P型硅材料为衬底制作的 为PNP结构，称为3CU型。
3. 雪崩光敏二极管
APD芯片结构
常用APD封装结构
3.雪崩光敏二极管
2）工作原理
APD内增益：102～103
雪崩光敏二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。
它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生的雪崩效应
获得光电流的增益。
高反压(100～200 V)
强电场 载流子加速
碰撞 新载流子
雪崩倍增 －－光电流的放大
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第三象限：光电导模式 光电二极管 这个区域重要意义！！
反向偏压可以减小 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。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第四象限：光伏模式 光电池 工作区域
1.硅光敏二极管
当光辐射作用到光敏二极管上时，
I
q h
(1 ed
)Φe,
光敏二极管的全电流方程为
I
q h
(1 ed
)Φe,
Id (eqU /kT 1)
式中η为光电材料的光电转换效率，q为电荷电量 ，α为材料 对光的吸收系数。
这时的电流参考方向是由P指向N的。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性 由光敏二极管的全电流方程可以得到如图所示的光敏二极管
1.硅光敏二极管
影响PN结硅光敏二极管时间响应的主要因素是PN结 区外载流子的扩散时间τp，如何扩展PN结区是提高硅光敏 二极管时间响应重要措施。增高反向偏置电压会提高内建 电场的强度，扩展PN结的耗尽区，但是反向偏置电压的提 高也会加大结电容，使RC时间常数τRC增大。因此，必须从 PN结的结构设计方面考虑如何在不使偏压增大的情况下使 耗尽区扩展到整个PN结器件，才能消除扩散时间。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
设载流子在结区内的漂移速度为vd，PN结区的宽度为W，载 流子在结区内的最长漂移时间为
dr
W vd
一般的PN结硅光敏二极管，内电场强度Ei都在105V/cm以上， 载流子的平均漂移速度要高于107cm/s，PN结区的宽度常在
100μm左右，漂移时间为ns数量级。
光生伏特器件
单元器件
线阵器件
四象限器件
光生伏特器件
光电导效应：本征吸收或杂质吸收光改变电导率，多数载流 子导电，内光电效应。 光生伏特效应：光入射使PN结产生电势差，少数载流子导 电，内光电效应。
光电导器件：微弱辐射的探测能力强、光谱响应范围宽。
光生伏特器件：暗电流小、噪声低、响应速度快、光电特性 的线性受温度的影响小。
2）光敏二极管的基本特性-时间响应 以f频率调制的辐射作用于PN结硅光敏二极管光敏面时，
PN结硅光敏二极管的电流产生要经过下面3个过程： 1) 在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间，称为漂移 时间记为τdr； 2) 在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需要的时 间，称为扩散时间记为τp； 3) 由PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间 τRC 。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-光谱响应 典型硅光敏二极管光 谱响应长波限为1.1μm 左右，短波限接近 0.4μm，峰值响应波长 为0.9μm左右。
硅光敏二极管光谱响 应的长波限受硅材料 的禁带宽度Eg限制， 短波限受窗口材料及 PN结厚度的影响。
改变PN结厚度可以制成色敏器件。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程 在无辐射作用的情况下，PN结硅光敏二极管的正、反
向特性与普通PN结二极管的特性一样。其电流方程为
I
I
D
q
e
U
kT
1
ID为U为负值（反向偏置时）且 |U| >> KT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV，很容易满足这个 条件)的电流，称为反向电流或暗 电流。
1.硅光敏二极管
TO-5 800 nm
光谱响应范围（最小值）
400 to 1000 nm
灵敏度（典型值） 暗电流（最大值） 截止频率（典型值） 结电容（典型值） 击穿电压（典型值）
0.5 A/W 10 nA 120 MHz 40 pF 150 V
击穿电压温度系数（典型值） 0.65 V/℃
增益（典型值） 测试条件
60
在雪崩击穿点附近曲线较陡， 当反向偏压有较小变化时，光电 流将有较大变化。
稳压！！！
3. 雪崩光敏二极管
M
IM I0
1
1
U UB
n
UB为击穿电压
U很低 －－没有倍增现象
1.硅光敏二极管
光敏二极管实物图1
光敏二极管实物图2
各种式样的光敏二极管
1.硅光敏二极管
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
I I0 eeU / kT 1 Ip
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第一象限：普通二极管 光电探测器 这个区域没有意义！！
Ta=25 ℃，除非特别说明，均为 典型值，灵敏度: λ=800 nm， M=1
1.光电导效应是由于本征吸收或杂质吸收光改变电导率，属 于多数载流子导电。（ ） 2.光生伏特效应是由于光入射使PN结产生电势差，属于少数 载流子导电。（ ） 3.光生伏特器件与光电导器件相比具有响应速度快，微弱辐 射探测能力强的优点。（ ）
RC c j (Ri RL )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
RC c j (Ri RL )
普通PN结硅光敏二极管的管芯内阻Ri约为250Ω，PN结电容Cj 常为几个Pf，在负载电阻RL低于500Ω时，时间常数也在ns数 量级。 但当负载电阻RL很大时，时间常数将成为影响硅光敏二极管 时间响应的一个重要因素，应用时必须注意。
§4 光生伏特器件
光生伏特器件
光伏效应： 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。
光伏探测器： 利用半导体光伏效应制作的器件称为光伏探 测器，简称PV（Photovoltaic）探测器，也 称结型光电器件。
光生伏特器件
当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时，价带 中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用 下分开，并分别向如图所示的方向运动，形成光生伏特电 压或光生电流的现象。
另外，可通过控制耗尽层的宽度w，来改变器件的响应速度。
2.PIN型光敏二极管
滨松S5821-02 硅PIN光电二极管指标
感光面积
φ1.2 mm
象元数
1
封装
金属
封装类型
TO-18
反偏电压（最大） 20V
光谱响应范围
320 to 1100 nm
峰值波长
960 nm
灵敏度
0.52 A/W
暗电流
2000 pA
子—空穴对数目。
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理
电离率与电场强度E可以近似的写成以下关系
-( b )m
Ae E
式中，A、b、m都为与材料有关系数。
假定αn=αp=α时，倍增系数与电离率 的关系为
M
1
1
xD
0
dx
XD为耗尽层的宽度。
当
xD dx 1
0
M
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理 在强电场作用下，当通过耗
I
2 n
2qIM
n f
式中指数n与雪崩光敏二极管的材料有关。对于锗管，n=3；对于硅管
为2.3<n<2.5。
由于信号电流按M倍增加，而噪声电流按Mn/2倍增加。因此，随着M增
加，噪声电流比信号电流增加得更快。
滨松S2384 硅APD指标
类型
近红外型（低偏置）
感光面积 封装
φ3 mm 金属
封装类型 峰值波长（典型值）
内建电场的方向相同的方向为正向。
定义光敏二极管的电流灵
敏度为入射到光敏面上辐射量的
变化引起电流变化dI与辐射量变
化之比。
Si
dI d
q
hc
(1 ed )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-光谱响应
Si
dI d
q
hc
(1 ed )
表面上看电流灵敏度与波长λ成正比，但是，材料的吸收 系数α还隐含着与入射辐射波长的关系。常把光敏二极管 的电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。
3. 雪崩光敏二极管
2）工作原理 电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子
数，这时雪崩光敏二极管的输出电流迅速增加，其电流倍
增系数M定义为
M I I0
式中，I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。 雪崩倍增系数M与碰撞电离率有密切的关系。碰撞电离率
表示一个载流子在电场作用下，漂移单位距离所产生的电
硅光敏二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件， 其中，PN结硅光敏二极管为最基本的光生伏特器件。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-基本结构 光敏二极管（photo diode）可分为以P型硅为衬底的2DU型
与以N型硅为衬底的2CU型两种结构形式。
在高阻轻掺杂的P型硅片上通过扩散或注入的方式生成很浅 的N型层。在N型层的上面氧化生成极薄的SiO2保护膜，保护 光敏面并增加器件对光的吸收。
2.PIN型光敏二极管
为了提高PN结硅光敏二极管的时间响应，消除在PN结外 光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型 层，构成PIN结构光敏二极管。
PIN光敏二极管在反 向电压作用下，耗尽区 扩展到整个半导体，光 生载流子只产生漂移电 流，因此， 它的时间 响应只取决于τdr 与 τRC ，在10-9s左右。
2.PIN型光敏二极管
PIN光敏二极管的工作原理： 中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体，用Π(N)表示；
两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，用P+和N+表示。 I层很厚， 吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充
分吸收而产生大量电子 - 空穴对，因而大幅度提高了光电转换效 率。
两侧P+层和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占 据整个耗尽层， 因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大 大提高了响应速度。
截止频率
25 MHz
结电容
3 pF
3. 雪崩光敏二极管
PIN光敏二极管提高了PN结光敏二极管的时间响应， 但未能提高器件的光电灵敏度，为了提高光敏二极管的灵敏 度，人们设计了雪崩光敏二极管（Avalanche PohtodiodeAPD ）。 1）结构
（a）所示为在P型硅基片上扩散杂质浓度大的N+层，制成P 型N结构；所示为在N型硅基片上扩散杂质浓度大的P+层， 制成N型P结构的雪崩光敏二极管；（c）所示为PIN型雪崩 光敏二极管。
在不向电压大于0.7V的情况下，而 光敏二极管则必须工作在这 个电压以下，否则，不会产 生光电效应。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-灵敏度
在光电技术中常采用重新定义电流与电压正方向的方法
把特性曲线旋转。重新定义的电流与电压的正方向均以PN结
光生伏特器件
具有光生伏特效应的半导体材料有很多，如硅（Si）、 锗（Ge）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）等半导体材料。利 用这些材料能够制造出具有各种特点的光生伏特器件。 主要包括：光敏二极管、光敏三极管、光电池、半导体位置 敏感器件等。
硅光生伏特器件具有制造工艺简单、成本低等特点使它 成为目前应用最广泛的光生伏特器件。
U增加到接近UB －－得到很大的倍增
U超过UB －－噪声电流很大
APD合适工作点： U接近UB，但不超过
3. 雪崩光敏二极管
3）噪声
由于雪崩光敏二极管中载流子的碰撞电离是不规则的，碰撞后的运 动方向更是随机的，所以它的噪声比一般光敏二极管要大些。在无倍增 的情况下，其噪声电流主要为散粒噪声。当雪崩倍增M倍后，雪崩光敏二 极管的噪声电流的均方根值可近似由下式计算。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应 对于PN结硅光敏二极管，入射辐射在PN结势垒区以
外激发的光生载流子必须经过扩散运动到势垒区内才能在 内建电场作用，并分别拉向P区与N区。载流子的扩散运 动往往很慢，扩散时间τp很长，约为100ns，是限制PN结 硅光敏二极管时间响应的主要因素。
另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL 构成的时间常数τRC，τRC为
4.光电导器件在强光和弱光的照射情况下光电灵敏度相同。（ ）
5.光生伏特器件必须工作在反向偏置情况下才能正常工作。（ ）
1.PN结光敏二极管与PIN光敏二极管比较，哪项特性提
高了？
响应时间变小
2.雪崩光敏二极管与PIN光敏二极管比较，哪项特 性提高了？
光电灵敏度提高。
4.光敏晶体管
光敏晶体管有NPN结构与PNP结构。用N型硅材料为衬底 制作的 NPN结构，称为 3DU型；用P型硅材料为衬底制作的 为PNP结构，称为3CU型。
3. 雪崩光敏二极管
APD芯片结构
常用APD封装结构
3.雪崩光敏二极管
2）工作原理
APD内增益：102～103
雪崩光敏二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。
它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生的雪崩效应
获得光电流的增益。
高反压(100～200 V)
强电场 载流子加速
碰撞 新载流子
雪崩倍增 －－光电流的放大
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第三象限：光电导模式 光电二极管 这个区域重要意义！！
反向偏压可以减小 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。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第四象限：光伏模式 光电池 工作区域
1.硅光敏二极管
当光辐射作用到光敏二极管上时，
I
q h
(1 ed
)Φe,
光敏二极管的全电流方程为
I
q h
(1 ed
)Φe,
Id (eqU /kT 1)
式中η为光电材料的光电转换效率，q为电荷电量 ，α为材料 对光的吸收系数。
这时的电流参考方向是由P指向N的。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性 由光敏二极管的全电流方程可以得到如图所示的光敏二极管
1.硅光敏二极管
影响PN结硅光敏二极管时间响应的主要因素是PN结 区外载流子的扩散时间τp，如何扩展PN结区是提高硅光敏 二极管时间响应重要措施。增高反向偏置电压会提高内建 电场的强度，扩展PN结的耗尽区，但是反向偏置电压的提 高也会加大结电容，使RC时间常数τRC增大。因此，必须从 PN结的结构设计方面考虑如何在不使偏压增大的情况下使 耗尽区扩展到整个PN结器件，才能消除扩散时间。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
设载流子在结区内的漂移速度为vd，PN结区的宽度为W，载 流子在结区内的最长漂移时间为
dr
W vd
一般的PN结硅光敏二极管，内电场强度Ei都在105V/cm以上， 载流子的平均漂移速度要高于107cm/s，PN结区的宽度常在
100μm左右，漂移时间为ns数量级。
光生伏特器件
单元器件
线阵器件
四象限器件
光生伏特器件
光电导效应：本征吸收或杂质吸收光改变电导率，多数载流 子导电，内光电效应。 光生伏特效应：光入射使PN结产生电势差，少数载流子导 电，内光电效应。
光电导器件：微弱辐射的探测能力强、光谱响应范围宽。
光生伏特器件：暗电流小、噪声低、响应速度快、光电特性 的线性受温度的影响小。
2）光敏二极管的基本特性-时间响应 以f频率调制的辐射作用于PN结硅光敏二极管光敏面时，
PN结硅光敏二极管的电流产生要经过下面3个过程： 1) 在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间，称为漂移 时间记为τdr； 2) 在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需要的时 间，称为扩散时间记为τp； 3) 由PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间 τRC 。
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-光谱响应 典型硅光敏二极管光 谱响应长波限为1.1μm 左右，短波限接近 0.4μm，峰值响应波长 为0.9μm左右。
硅光敏二极管光谱响 应的长波限受硅材料 的禁带宽度Eg限制， 短波限受窗口材料及 PN结厚度的影响。
改变PN结厚度可以制成色敏器件。
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程 在无辐射作用的情况下，PN结硅光敏二极管的正、反
向特性与普通PN结二极管的特性一样。其电流方程为
I
I
D
q
e
U
kT
1
ID为U为负值（反向偏置时）且 |U| >> KT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV，很容易满足这个 条件)的电流，称为反向电流或暗 电流。
1.硅光敏二极管
TO-5 800 nm
光谱响应范围（最小值）
400 to 1000 nm
灵敏度（典型值） 暗电流（最大值） 截止频率（典型值） 结电容（典型值） 击穿电压（典型值）
0.5 A/W 10 nA 120 MHz 40 pF 150 V
击穿电压温度系数（典型值） 0.65 V/℃
增益（典型值） 测试条件
60