光电检测器

0.4～1.0 0.4 (0.85μm)
暗电流
Id nA
响应时间 ns
0.1～1 2～10
结电容 C pF
0.5～1
工作电压 /V
－5～ －15
InGaAs-PIN
1～1．6 0.5（1.31μm）
2～5 0.2～1 1～2 － 5～ －15
三、雪崩光电检测器APD
APD的工作原理 APD的结构 APD的主要特性 APD的一般性能
均方热噪声电I流t2h 2e(I p Id )B

总均方噪声电I流T2
4KTB R
I
2 t

2e(I p

Id )B

4KTB R
响应时间——光生电流脉冲前沿由最大幅度的10% 上升到90％，或由后沿的90%下降到10%的时间定义 为脉冲上升时间和脉冲下降 时间。脉冲响应时间 为：
PIN是为提高光电转换效率而在 PN结内部设置一层掺杂浓度很 低的本征半导体（I层）以扩大 耗尽层宽度的光电二极管。
PIN的工作原理示意图
能 量
P+
I
N+
光
W
PIN光电检测器的结构
入射光 抗反射膜 电极
P+ I
N+
电极
E
PIN光电检测器的主要特性
量子效率 光谱特性 响应时间 频率特性 噪声特性
光电二极管的工作原理
电子 扩散
漂移
复合
光
空穴
复合
漂移
P
扩散
N
光生电动势 (a) 光电效应
耗尽层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P
电子
导带
光
空穴
N 价带
反偏压 (b) 加反向偏压后的能带
二、 PIN光电检测器
PIN光电检测器的工作原理和 结构 PIN光电检测器的主要特性 PIN光电检测器的一般性能
PIN光电检测器的工作原理
电极
强电场区 低电场区
E
APD的主要特性
1） 倍增因子g ——定义g为APID0输出光电流Io和一次光生电流 IP的比值。 I P
2） 过剩噪声因子F ——是I雪q2 崩效2应eI的p B随g2机性引起噪声增加的倍 数
APD的倍增因子
倍增因子g ——定义为APD输出光电流Io和 一次光生电g流IP的I比0 值。
1～1．65 0.5～0.7
10～20 0.1～0.3 ＜0 .5 40～60 20～30 0.5～0.7
光电检测器
内容
一、光电检测器的基本工作原理 二、PIN光电检测器 三、雪崩光电检测器APD
一、光电检测器的工作原理
光电检测器是外加反向偏压的PN结，当入射光作用 时，发生受激吸收产生 光生电子-空穴对，这些电子空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同 时在耗尽层两侧部分电子-空穴对由于扩散运动进入 耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电 流之和为光生电流。
量子效率=光生电子-空穴对数／入射 光子数，即
I Phf
响应度P0—e —是光生电流 和入射光
功率 的比值 R
IP
P0
噪声特性
噪声直接影响光接收机的灵敏度。光电二 极管噪声包括信号电流和暗电流产生的散粒噪 声和有负载电阻和后继放大器输入阻抗产生的 热噪声。通常噪声用均方噪声电流描述。 均方散粒噪声电流
频率特性—— 当 光f电二极r 管2具.2有 0单一时间常数时， 截止频率为：
从而[提结高论截]：止减频f小c率耗。尽，1层但宽会0度降.3可低5 以量减子小效渡率。越时间，
2 0
r
PIN光电检测器的一般性能
Si-PIN
波长响应 m
响应度
( A W 1 )
APD的工作原理
APD是通过在其结构中构造一个强电场区，当光入 射到PN结后，光子被吸收产生电子-空穴对，这些电 子-空穴对运动进入强电场区后获得能量做高速运动， 与原子晶格产生碰撞电离出新的电子-空穴对，该过 程反复多次后使载流子雪崩式倍增。
APD的结构
入射光 抗反射膜
N+ P I（P）
P+
APD光电检测器的一般性能
Si-APD
波长响应 I d nA
响应度 ( A W 1 )
0.4～1.0 0.5
暗电流 I d nA
响应时间 ns
结电容 C pF
工作电压 / V
倍增因子 g
附加噪声指数 x
0.1～1 0.2～0.5
1～2 50～100 30～100 0.3～0.5
InGaAs-APD
IP
过剩噪声因子F
过剩噪声因子F ——是由于雪崩效应的随机性 引起噪声增加的倍数。设 F g x （x是附加噪 声指数），则APD的均方量子噪声电流为
同理，APIDq2的均2方eI暗p B电g2流x噪声电流为
I
2 d
2eI d Bg2x
附加噪声指数与器件所用材料和制造工艺有 关，Si-APD 的x=0.3～0.5,Ge-APD的x= 0.8～ 1.0,InGaAs-APD的x =0.5～0.7。