第十三讲 光电二极管资料
信息光学中的光电二极管等组件参数及特征
信息光学中的光电二极管等组件参数及特征光电二极管（Photodiode）是一种用于将光信号转换为电信号的光电转换器件，广泛应用于光通信、光测量、光电检测等领域。
在信息光学中，光电二极管等组件的参数和特征起着至关重要的作用。
本文将对光电二极管的参数及特征进行详细介绍。
一、光电二极管的参数1. 光谱响应（Spectral Responsivity）光谱响应是指光电二极管对不同波长光的响应能力。
它通常以电流与入射光功率之比的形式表示。
常见的光电二极管可用于不同波段的光信号检测，如可见光、红外光等。
2. 器件响应时间（Device Response Time）器件响应时间是指光电二极管在光照射下输出电流上升到其峰值的时间。
较短的响应时间意味着光电二极管对快速变化的光信号更敏感，适用于高速光通信及高频率光测量等应用。
3. 器件暗电流（Dark Current）器件暗电流（也称为无光暗电流）是指在无光照射的情况下，光电二极管产生的电流。
较低的器件暗电流表示器件的噪声较小、灵敏性较高。
4. 器件峰值灵敏度（Peak Sensitivity）器件峰值灵敏度是指光电二极管对特定波长光的最大响应灵敏度。
它通常出现在光谱响应曲线的峰值处，对于选择合适的光电二极管用于特定波长的应用具有重要意义。
5. 数字特性光电二极管的数字特性包括响应线性度、可逆性和热稳定性等。
响应线性度指光电二极管输出电流与入射光功率之间的线性关系程度；可逆性指光电二极管在连续循环光照射和暗电流条件下，输出电流是否保持稳定；热稳定性则表示光电二极管在不同温度下的输出电流稳定性。
二、光电二极管的特征1. 快速响应光电二极管具有快速的响应速度，能够实现高速数据传输和检测。
这使得光电二极管成为光通信领域的重要组件，可以实现高速光纤通信和光纤传感等应用。
2. 高灵敏度由于光电二极管的高灵敏度，它可以接收微弱的光信号并转换为可测量的电信号。
这使得光电二极管广泛应用于光电检测、光谱测量、精密测量等领域。
光电二极管
光电二极管
1.1结构与外型
结构
光电二极管的结构也和普通二极管相似，由一个PN结组
成，引出两个电极，由P区引出的为正极，N区引出的为负
极。与普通二极管不同的是光电二极管必须封装在透明的
外壳中，以便光线直接照射到PN结上。光电二极管结构如
图（a）所示。
外型
电路符号如图(b)所示。光电二极管的符号与发光管不 同，发光管符号中的箭头向外，表示发光，光电二极管 符号中的箭头向里，表示外来光照在光电二极管上。
光电二极管
1.3 特性曲线
不同光照时，光电二极管两端电压uD和流过电流iD之间的 关系，称为光电二极管的伏安特性曲线。典型的光电二极 管的特性曲线如图所示。图中画出了三条曲线，最上面一 条是无光照时的特性曲线，其下面的三条是有光照射时的 特性曲线，最下面的曲线，光照最强。
无光照时的特性曲线和普 通二极管一样，具有单向 导电性。外加正向电压时， 电流与电压成指数关系； 外加反向电压时，流过光 电二极管的电流称为暗电 流，通常小于0.2μA。
8m V
R=10kΩ，R两端的电压只
有8mV。]
模拟电子技术
响应范围是波长0.4～1.1μm的光。
暗电流： 在无光照条件下，加有一定反向工作电压的光电二极管的 反向漏电流，称为暗电流。它等于反向饱和电流、复合电 流、表面漏电流和热电流之和，其大小一般在10-8～10-9安 范围内。 光电流： 在受到一定光照的条件下，加有一定反向工作电压的光电 二极管中流过的电流，称为光电流。
光电二极管常用于光强的测量，使用时应该反向偏置。图
4-7是光电二极管用于测量光照时的电路，VCC=10V为电源 电压，VD1为光电二极管，电阻R和光电二极管串联。 有光照时，光电流在电阻
光电二极管范文范文
光电二极管范文范文
一、光电二极管简介
光电二极管是一种特殊的双极型装置，由两个极板、一个活性层和一
个透明导体组成。
它具有二极管的特性，可以控制电流和电压，可以将外
部光能转变成电能，从而实现光电子转换。
光电二极管的电路分为内部电
路和外部电路，由内部电路和外部电路两部分组成。
二、光电二极管结构
光电二极管的结构主要由活性层、极板以及透明导体组成。
其中，活
性层是一层很薄的半导体材料，一般是锗、硅和硒等，聚集后形成一个活
性层，与极板和透明导体之间构成一个典型的双极结构。
极板由金属网或
金属片电解分别形成，常用的材料有铝、铜、锡等。
透明导体由玻璃、金
刚石等组成，其中最常见的是玻璃，能够有效地将外部光照射到活性层上，促进光电子转换。
三、光电二极管的特性
1、高电压耐压特性：光电二极管的电压耐压特性非常好，其最大耐
压能够达到百万伏特，比传统的二极管耐压要大的多。
此外，它还具有自
发放电功能，可以用来控制电流和电压。
2、高可靠性：由于光电二极管采用特殊的工艺制造，具有很高的可
靠性，能够长期稳定地工作在相对较高的环境温度和湿度下，可以有效地
阻止外部电磁场的干扰，保证装置方能正。
光电二极管
光电二极管光电二极管又名：photodiode光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。
光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。
许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。
光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。
工作原理一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。
当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。
这样的机制也被称作是内光电效应。
如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。
实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。
光电压模式当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。
光电导模式当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。
同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。
反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。
对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。
尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。
一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊&mid dot;奈奎斯特噪声（Johnson–Nyqu ist noise）会造成较大的影响。
其他工作模式雪崩光电二极管具有和常规光电二极管相似的结构，但是需要高得多的反向偏置电压。
这将允许光照产生的载流子通过雪崩击穿大量增加，在光电二极管内部产生内部增益，从而进一步改善器件的响应率。
光电二极管
I
I当p 光I0辐(1射 e作xp用( qU到/光kT电))二极管上
ห้องสมุดไป่ตู้
时，光电二极管的全电流方程为
：
伏安特性
由电流方程可以得到光电二极管在不同偏置电压下的输出特 性曲线。
低反偏压下由于反偏 压增加使耗尽层加宽 光电流随光电压变化 非常敏感。 当反偏压进一步增加 时，光生载流子的收 集已达极限，光电流 就趋于饱和，特性曲 线近似于乎直，而且 在低照度部分比较均 匀。
雪崩光电二极管（APD）
发射键型光电二极管
……
PN结的形成
P区
N区
扩散运动
内电场
扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡
光电二极管的基本原理
反向偏置：势垒增强，少数载 流子漂移难以形成足够电流， 但在外加光场作用下可形成较 强光电流！——光电效应
基本原理
光子在p区（A处）被吸收→一 个空穴+一个电子。电子有可 能扩散到耗尽层边界，并在电 场作用下漂移至n区;
目录
1 光电二极管的简介及基本原理 2 光电二极管的基本结构 3 光电二极管的特性 4 几种常见光电二极管
光电二极管简介
种类：
光电二极管和普通二极管一样， 也是由一个PN结组成的半导体器 P件N ，结具型有光电单二方极向管导电特性，是把 光信号转换成电信号的光电传感 器PI件N 结型光电二极管
应用：高速光通信、高速光检测
P
P(N)
N
光
－
＋
I0
APD载流子雪崩式倍增示意图
感谢下 载
可编辑
光电二极管的基本特性 1.光谱特性 2.伏安特性 3.噪声特性 4.温度特性
光谱特性
以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时， 其电流灵敏度与波长的关系称为其光谱响应，不同材料的 光谱响应范围不同
光电二极管主要参数
光电二极管主要参数
光电二极管（Photodiode）是一种基于光电效应工作原理的电子元件，它能够将光信号转化为电信号，具有灵敏度高、响应速度快、尺寸小等特点。
在光电二极管的使用过程中，我们需要了解一些主要参数，以确保其正常工作和应用。
第一个主要参数是光电二极管的响应频率。
响应频率是指光电二极管对光信号的接收和响应的能力。
光电二极管的响应频率决定了它能够接收的最高频率的光信号。
通常，响应频率越高，光电二极管对高频光信号的接收能力越强。
第二个主要参数是光电二极管的光谱响应范围。
光谱响应范围指光电二极管能够接收和响应的光波长范围。
不同类型的光电二极管具有不同的光谱响应范围，常见的有可见光、红外线和紫外线等。
在选择光电二极管时，需要根据具体的应用需求来确定所需的光谱响应范围。
第三个主要参数是光电二极管的灵敏度。
灵敏度是指光电二极管对光信号的接收和转换效率。
光电二极管的灵敏度越高，它能够将接收到的光信号转化为电信号的效率就越高。
灵敏度通常以单位面积接收到的光功率与输出电流之间的比值来表示。
第四个主要参数是光电二极管的响应时间。
响应时间是指光电二极管从接收到光信号到产生响应电流的时间间隔。
对于一些需要响应速度较快的应用，如光通信和高速传输等领域，需要选择响应时间较短的光电二极管。
综上所述，了解并掌握光电二极管的主要参数对于正确选择和应用光电二极管至关重要。
在实际使用中，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的光电二极管，确保其具备足够的响应频率和光谱响应范围，以及适当的灵敏度和响应时间，从而获得预期的电信号输出效果。
光电二极管主要参数
光电二极管主要参数
摘要：
一、光电二极管的概念与分类
二、光电二极管的主要参数
1.波长
2.光强或光通量
3.角度
4.额定正向电流If 及相应正向电压Vf
5.反向漏电流Ir
6.最大允许结温
7.封装热阻
三、光电二极管的应用场景
四、总结
正文：
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件，广泛应用于各种光电设备中。
根据半导体材料的不同，光电二极管可分为锗二极管和硅二极管等。
从结构上分，有点接触型、面接触型和平面型二极管等。
光电二极管的主要参数包括波长、光强或光通量、角度、额定正向电流If 及相应正向电压Vf、反向漏电流Ir、最大允许结温和封装热阻等。
波长和光强是描述光电二极管发光特性的重要参数，角度则决定了光电二极管的发散角度。
额定正向电流If 和正向电压Vf 是描述光电二极管的导通特性的参数，
反向漏电流Ir 则描述了光电二极管的反向特性。
最大允许结温和封装热阻则是描述光电二极管的耐热特性的参数。
光电二极管广泛应用于通信、医疗、显示以及工业加工等领域。
例如，在通信领域，光电二极管可用于光纤通信，将光信号转换为电信号进行传输。
在医疗领域，光电二极管可用于光电传感器，实现对生物信号的检测。
在显示领域，光电二极管可用于LED 显示屏，实现对图像的显示。
在工业加工领域，光电二极管可用于激光器，实现对材料的加工。
综上所述，光电二极管作为一种重要的光电器件，具有广泛的应用场景，其性能参数对于其应用效果具有重要影响。
光电二极管材料
光电二极管材料
光电二极管是一种将光能转换成电能的电子元件。
其基本结构由
P型和N型半导体材料组成，中间有一条PN结。
当光照到PN结时，会激发电子从N型半导体流向P型半导体，从而产生电流。
因此，光电二极管被广泛应用于光电转换、光通信、光电检测等领域。
光电二极管所用的半导体材料有很多种，其中最常见的是硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)和铟胺化镉(InP)等。
这些材料的选择取决于
其光电特性和应用需求。
硅是最常见的光电二极管材料，由于其成本低、制造工艺成熟，因此被广泛应用于光电转换、光通信、光电检测等领域。
锗也具有类似的性质，但其吸收光谱范围更宽，适用于红外光区域的应用。
砷化镓具有优异的电学特性和较高的光电转换效率，被广泛应用于高速光通信、光电检测等领域。
铟胺化镉也具有类似的性质，但其吸收光谱范围更宽，适用于更广泛的光电转换应用。
总之，选择合适的光电二极管材料是实现高效光电转换的关键。
随着技术的不断发展，光电二极管材料的研究和发展将进一步提高其性能和应用范围。
- 1 -。
光电二极管 电路
光电二极管电路
光电二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号
的半导体器件。
在电路中使用光电二极管可以实现光电转换功能，常用于光电检测、光通信、光电传感等应用。
光电二极管电路的基本原理是当光照射到光电二极管上时，光子的能量将被电子吸收，使得光电二极管导电性发生变化，进而产生电流。
根据光电二极管的正向特性，通常将光电二极管安装在正向偏置的电路中。
在光电二极管电路中，常常使用电流放大器（Current Amplifier）将光电二极管输出的微弱电流放大到较大的电流，以便于测量和检测。
电流放大器可以为光电二极管提供低阻抗输入，提高了电路的灵敏度和信噪比。
除了电流放大器，为了保护光电二极管不受电压和电流过大的损害，通常还会在光电二极管上加上稳流器（Current Source）或限流电阻（Limiting Resistor）。
稳流器可以提供稳定的电
流给光电二极管，限流电阻则通过限制电流流过光电二极管来保护其安全操作。
光电二极管电路的应用十分广泛，比如在光电检测中，可以通过测量光电二极管输出的电流来检测光的强度和频率。
在光通信中，利用光电二极管将光信号转换为电信号，进而进行数据传输和通信。
在光电传感中，通过测量光电二极管的输出信号来实现对光、温度、压力等参数的测量和控制。
总之，光电二极管电路是一种重要的电子器件，通过合理设计电路，能够实现光电转换和信号处理，应用于多种领域。
光电二极管的原理分析
光电二极管的原理分析光电二极管是一种将光信号转化为电信号的器件，具有在光电转换领域广泛应用的特点。
本文将对光电二极管的工作原理进行分析。
一、光电二极管的结构光电二极管由P型半导体和N型半导体组成，中间夹有一个细小的PN结。
P型半导体中的“P”代表正电荷，N型半导体中的“N”代表负电荷。
这两种半导体材料的结合，形成一个能够在电子流动时导电的结构。
二、光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理基于光电效应。
当光子照射到PN结上时，光子的能量会激发PN结中的电子，使其跃迁到导带中，并在导带中移动形成电流。
在光电二极管中，光子的能量大于带隙能量时，电子可以被释放出来，从而形成电流。
三、光电二极管的特性1. 灵敏度：光电二极管对光的敏感程度较高，能够将微弱的光信号转化为电信号。
2. 频率响应：光电二极管的频率响应范围广，能够对高频光信号进行快速响应。
3. 高速度：光电二极管的响应时间较短，能够在纳秒级别内完成信号转换。
4. 可见光谱响应：光电二极管对可见光谱范围内的光信号具有较高的响应能力。
四、光电二极管的应用领域1. 光通信：光电二极管广泛应用于光通信领域，用于接收和检测光脉冲信号。
2. 医疗设备：光电二极管在医疗设备中的应用十分广泛，用于血氧测量、光疗等。
3. 光电探测器：光电二极管在光电探测器中作为信号接收器件，用于探测和测量光强度。
4. 光测量仪器：光电二极管可以用于测量光强度、光功率等，广泛应用于各种光学测量仪器中。
五、光电二极管的发展趋势随着科技的不断进步，光电二极管的性能不断提高，其在高速通信、光存储、光计算等领域的应用潜力也越来越大。
未来，我们可以期待光电二极管在更多领域的应用。
光电二极管作为一种重要的光电转换器件，其工作原理的分析可以帮助我们更好地理解其在各个领域的应用。
相信随着科学技术的不断发展，光电二极管在未来会有更加广泛的应用前景。
光电二极管简介
光电二极管简介我们日常生活中离不开家用电器，而大多数家用电器都离不开光电二极管半导体器件，在家用电器中光电二极管的应用范围十分广泛，电视机和空调等等的家用电器的遥控器都离不开光电二极管。
并且，在医疗设备、工业设备和科学研究设备中的应用也有着十分广泛的应用。
下面我们就来简单的介绍一下光电二极管。
光电二极管和其他的感光元件都差不多，在感光元件和光敏电阻的作用都和光电二极管都有着不少的应用。
光电二极管实际上和普通的二极管差不多，但是，它具有一般二极管所不具有的功能，普通的二极管只是能够单方向的导电，但是，光电二极管能够接受反向电压进行工作，并且能把光信号转变成电信号。
是一种应用极为广泛的光电元件。
光电二极管大致有以下四种类型，分别是pin型、雪崩型、pn型和发射键型。
每种类型都有着其不一样的的特性和用途，能应用在不同的的电器之中。
一般来说，光电二极管是在反向电压之中工作的。
光电二极管在反向电压的作用下进行工作，并且在反向电压中进行漂移运动，期间光电二极管的反向电流会显著增加，而且，光电二极管有着光电导这种特性，这种特性表象为光的强度越大，反向电流也就会跟着光的强度增大。
光电二极管在光线照射的情况下会产生一种电流，这种电流叫做光电流。
光电二极管和普通的二极管有一个共同的特性，那就是都有一个叫做pn结的东西，而正是这个pn结使光电二极管实现了光电二极管的光电转换。
光电二极管和光电三极管一样都是我们在电子电路中经常用到的光敏半导体器件，一般在电路中的符号都为vd。
光电二极管性能的好坏主要看一下这几个方面，分别是等效噪声功率、暗电流和响应率这几项数据。
这几项数据决定了光电二极管性能的好坏。
量变产生质变，光电二级管也是如此，一个光电二极管可能起不到什么作用，但是，上千个光电二极管就可以组成角度传感器和位置传感器等等器材。
最好，装修界小编提醒大家购买光电二极管需要注意制作光电二极管的材料，因为制成光电二极管的材料对于光电二极管的质量性能有着非常重要的作用，不可小视。
光电二极管器件原理
光电二极管器件原理光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它的原理是基于半导体材料的光生电流效应，具有灵敏度高、响应快、可靠性好等优点。
下面我们来详细介绍一下光电二极管的原理。
1. 半导体材料的光生电流效应半导体材料是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。
当光照射到半导体材料表面时，能量被半导体中的电子吸收，将电子从价带跃迁到导带。
这个过程中，电子受到光子的能量激发，形成了激发态的载流子。
当激发态的载流子复合成基态时，会产生电子和空穴的再组合，从而形成了光生电流。
2. 光电二极管的结构和工作原理光电二极管由P型和N型半导体材料组成。
当正电压施加在二极管的P区时，电子会从N区流向P区，而空穴会从P区流向N区。
当光照射到光电二极管的PN结时，光子会被吸收并激发出载流子，从而引起光生电流。
因为光电二极管是一个双极结构，所以这个光生电流只会在一个方向上流动，也就是只有正向偏压状态下才能够产生光电流。
当二极管处于反向偏压状态时，光子不会被吸收，也不会形成电流。
3. 光电二极管的应用由于光电二极管具有响应快、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，所以在工业、医疗、军事、通信等领域被广泛应用。
例如，它可以用作光电转换器件、光电测量器件、光通信器件、光电控制开关等。
在通信领域中，光电二极管可以用于接收来自光纤的光信号，并将其转换为电信号，方便进行数据的传输和处理。
综上所述，光电二极管的原理是基于半导体材料的光生电流效应。
它的工作原理是利用光子的能量激发产生载流子，并将其转换为电信号。
由于其优良的特性和广泛的应用领域，光电二极管已成为现代科技中不可缺少的一部分。
光电二极管工作原理
光电二极管工作原理光电二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。
它的工作原理是基于固体物质的能级结构和电子运动规律，通过电子的复合和发射光子来实现光电转换。
在现代电子技术中，光电二极管被广泛应用于光通信、显示器、照明等领域，其工作原理的深入理解对于相关领域的研究和应用具有重要意义。
光电二极管的工作原理主要包括P-N结和电子跃迁两个方面。
首先，P-N结是指在半导体材料中掺入不同类型的杂质，形成P型和N型半导体的结合。
在P型半导体中，多数载流子为空穴，而在N型半导体中，多数载流子为自由电子。
当P-N结处于正向偏置时，电子从N区域向P区域流动，空穴从P区域向N区域流动，导致P-N结区域内形成电子-空穴复合，释放出能量。
这种能量释放的过程就是光电二极管发光的基础。
其次，电子跃迁是指当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出光子。
在光电二极管中，当电子进入P-N结区域并与空穴复合时，会发生能级跃迁，电子从高能级跃迁到低能级，同时释放出光子。
这些光子的能量和频率取决于半导体材料的能带结构和电子跃迁的能级差。
因此，不同材料的光电二极管会发出不同颜色和波长的光。
光电二极管的工作原理还涉及到外部电路的控制和驱动。
在实际应用中，光电二极管通常需要外部电源的正向偏置来激活P-N结，使其处于导通状态。
此外，为了控制光电二极管的发光亮度和频率，还需要外部电路对其进行驱动和调节。
这些控制电路可以根据具体的应用需求来设计，以实现对光电二极管的精确控制。
总的来说，光电二极管的工作原理是基于半导体材料的能级结构和电子跃迁规律，通过P-N结的正向偏置和电子复合发光来实现光电转换。
在实际应用中，光电二极管的工作原理为光通信、显示器、照明等领域的发展提供了重要支持，对于深入理解其工作原理和提高其性能具有重要意义。
通过对光电二极管工作原理的深入研究，可以不断拓展其在各个领域的应用，推动光电技术的发展和进步。
光电二极管的结构和原理
光电二极管的结构和原理光电二极管是应用广泛的一种电子器件，它是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于电信领域、信息技术、传感器等领域。
一、光电二极管的结构光电二极管是一种特殊的半导体二极管，其结构一般由两个区域组成，即P型和N型半导体区域，它们分别称为P区域和N区域。
P区域含有多个空穴，而N区域则含有多个自由电子。
当这两部分形成PN结时，就会出现电子和空穴的扩散运动。
光电二极管还包括接收光信号的透镜等组成部分。
透镜是将光聚焦到光电二极管的PN结上，使光电二极管的PN结受到光照射。
二、光电二极管的原理1. PN结原理光电二极管是基于PN结的原理设计制作的。
PN结是一种半导体材料中的结构，包括P型半导体和N型半导体两部分。
在PN结的P区域中，充满了空穴，而在N区域中则充满了自由电子。
当两部分结合在一起时，空电子和自由电子开始进行扩散与约束的运动。
空穴从P区域开始，并在与自由电子碰撞并重新结合后逐渐消失，而自由电子则从N区域开始，并在与空穴碰撞后逐渐消失。
PN结的一个重要的性质是其电阻特性。
当PN结未被光照射时，其内部存在一个势垒，导致电子从N区域向P区域扩散，并在PN 结的势垒处失去能量，不能通过PN结。
但是，当PN结被光照射时，光子会被材料吸收并激发电子，使电子从势垒中脱离，通过PN结到达另一端，并产生电流。
2. 光子的能量在光电二极管中，光子是被用来传达信息的。
当光照射到光电二极管的PN结上时，能量会被吸收并导致电子跳出势垒的束缚，并产生一个电子空穴对，从而产生一个电流流动。
光子的能量和波长之间存在着关系，当光子的能量越高时，其波长越短。
这种能量-波长关系称为能谱，是光电二极管操作的关键所在。
能量高的光子将带来更高的光电流，因此光子的能量和波长是优先考虑的因素。
三、光电二极管的应用光电二极管广泛应用于各种光信息处理和控制领域，如：1. 通信：光电二极管可以用于光通信，在智能手机和网络路由器等设备中起着重要的作用。
光电二极管光电池
光电二极管光电池光电二极管光电池是一种具有光电转换功能的电子元器件，它可以将光能转换为电能。
它具有很高的响应速度、低的功耗和较小的体积，因此被广泛应用于各种光电测量和控制系统中。
一、光电二极管的基本原理光电二极管是一种半导体器件，它由两个接触不良的半导体材料组成，内部存在一个PN结。
PN结的两侧分别为n区和p区，其中n区富含自由电子，p区富含空穴。
当光线照射到PN结时，光能被吸收，能量被传递给晶格中的电子和空穴，产生电荷对。
这些电荷对被强电场作用，分别被吸引到n区和p区，产生电压和电流。
二、光电二极管的特点1. 高响应速度：光电二极管具有极高的响应速度，可以为光信号的检测和测量提供极高的精度和速率。
2. 低功耗：光电二极管利用光能转换为电能，消耗的功率要比传统的电力转换方式低得多，因此具有较低的功耗。
3. 较小的体积：光电二极管的封装结构小巧，可以在极小的空间内完成光电转换。
4. 易于控制：光电二极管的电流和电压可以通过外界的光照强度来控制，从而实现对光电转换过程的精确控制。
5. 长寿命：光电二极管没有机械运动部件，因此没有磨损现象，具有长寿命的优点。
三、光电池的工作原理光电池是一种利用光能转换为电能的半导体材料制成的器件。
它利用半导体材料的PN结特性，将光能转换为电能。
基本的结构是一个薄片，包含一个正极和一个负极，其表面涂有一层半导体光电材料。
当太阳光或其他光线照射到光电材料上时，光子被吸收，电子被释放，电子和空穴分别被吸向正极和负极，产生电流。
光电池的主要参数有短路电流、开路电压、填充因子和转换效率等。
其中，短路电流是在给定照度下的最大电流值，开路电压是在所制备的光电池未连接任何负载时得到的电压值，填充因子是短路电流和开路电压之积除以光电池的最大功率。
四、光电二极管光电池的应用光电二极管光电池广泛应用于各种集成电路、光电测量和控制系统中。
在集成电路中，光电二极管主要被用作光探测器和光源。
在光电测量和控制系统中，光电二极管被广泛应用于光电转换、光通信、光传感、光度计等方面。
光电二极管工作原理
光电二极管工作原理
光电二极管是一种将光能转化为电能的器件，工作原理与普通的二极管类似，但在两极之间加上了一个特殊的半导体材料，使其能够吸收光能并转化为电能。
光电二极管的外观与普通的二极管相似，也是由一个正极和一个负极组成。
在这两个极之间，有一个p-n结，这个p-n结由两种不同掺杂类型的半导体材料组成。
在这个p-n结中，正极（p区域）掺杂了一定量的杂质，使其成为一个电子寡穴，电子容易从负极（n区域）流向正极。
而负极（n区域）则是掺杂了一些剩余电子的半导体材料。
当有光照射到光电二极管上时，光子与材料发生相互作用，激发出电子。
这些电子被激发后从n区域移动到p 区域，使电子和空穴重新组合，形成一个电流。
这个电流的大小与光的强度成正比，无法直接测量，但可以将其输出到一个电路中，进而对其进行分析和测量。
由于光电二极管在承受光强度时，有一个普遍的饱和点，当光强度大到一定程度时，电流将不再随着光强度的增加而继续增加。
为了避免这个问题，需要控制光线的强度，通常采用自动控制或外部滤光器来调节光线强度。
光电二极管具有许多优点，如高速、低噪声、较短的响应时间、半导体制造工艺和适合微型化等。
它们广泛用
于光电测量仪器、遥感观测和光通信等领域。
不过，需要注意的是，应该选择适当的光电二极管类型和附加电路，来确保精度和稳定性。
总之，光电二极管是一种将光能转化为电能的高效率器件，可以应用于各种光学和电子设备中。
它们的工作原理简单易懂，但需要注意材料和电路的选择与设计，以达到最佳效果。
光电二极管工作原理
光电二极管工作原理光电二极管是一种光电转换器件，利用外部光照效应产生电流。
其基本工作原理是利用PN结在光照条件下的光电效应，将光能转化为电能。
在光电二极管中，PN结是它的基本结构。
PN结由N型和P型半导体材料组成。
P型半导体中的多数载流子是空穴，N型半导体中的多数载流子是电子。
当P型半导体与N型半导体结合时，形成一个耗尽层或空间电荷区，其中没有多数载流子存在。
当光照射在光电二极管上时，光能被光子吸收，并将部分光子的能量转移到半导体材料的价带中的电子或空穴上。
当光子能量大于能够克服PN结耗尽层势垒的能量时，激发的载流子会在PN结中移动，从而形成电流。
这个电流称为光电流。
光电二极管具有单向导电性。
当正向偏置时，即在P型材料端连接正电源、N型材料端接地，电子从N端流向P端，空穴从P端流向N端。
这时，光电流会被电流源吸收，导致光电二极管导通。
相反地，当反向偏置时，即在P型材料端连接负电源、N型材料端连接正电源，电子从P端流向N端，空穴从N端流向P 端。
此时，光电流与反向偏置电流方向相同，会增加PN结上的反向电流，使得光电二极管阻断。
光电二极管的灵敏度取决于材料的能带结构和光子能量。
不同材料对于不同波长的光具有不同的吸收能力。
因此，为了满足特定应用的需求，选择合适材料的光电二极管非常重要。
总之，光电二极管工作原理基于PN结的光电效应，光照射到PN结上时，通过吸收光能转化为电能并产生光电流。
该原理使得光电二极管成为一种常用的光电转换器件，广泛应用于光通信、光测量和光控制等领域。
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5 时间特性(频率响应) (2)耗尽层外生成的载流子的扩散时间t2
入射光从受光部分开始到比外部边缘和耗尽层更深的基板处被吸收 。这种载流子即使扩散的话，时间也有几微秒(μs)以上。
(3)载流子通过耗尽层时间t3 载流子在耗尽层中移动速度Vd是用载流子的移动速度(μ)和耗尽层中的 电场(E)决定的（Vd=μE），因平均电场E=VR/d，则t3可近似表示：
t3=d / Vd=d 2/ (μVR)
18
四、 PIN光电二极管
1、原理与结构
为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，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区之间生成没有杂质的本征层(I型层)。
四、 PIN光电二极管
1、原理与结构 结构图
17
外形图
雪崩区
光吸收区
电场分布
特点：(1) 时间响应快(2) 光谱响应向长波方向移动 (3) 输出线性范围宽。
(4)响应特性
响应特性通常用上升时间或截止频率来表示，上升时间是指输出信号
峰值从10%到90%的建立时间：
tr=2.2Ct(RL+RS)
Ct：封装电容和结电容Cj之之和；RL：负载电阻；RS：串联阻抗
通常RL>> RS，RS可以忽略不计。为了减小上升时间，则Ct、RL值要求
很小是非常必要的。
上升时间和截止频率的关系：
4、性能参数
（1） 增益(放大倍数)
增益M与PN结的反向偏压、材料及结构有关
M
1
n
1
U U BR
UBR：击穿电压；U：管子外加反向偏压；n：材
料、掺杂和结构有关常数，硅器件，n＝1.5～4，
增益与温度、反向偏压的 关系曲线
锗器件n＝2.5 ～ 8 当U→UBR时，M→∞，PN结将发生击穿。
一般采用图d和图c两种形式。
Ip：光电流，V：理想二极管，Cf：结电容，Rsh： 漏电阻，Rs：体电阻，RL：负载电阻
28
二、工作原理
4、电流方程 无辐射时，电流方程为
I
I
D
eU
e
kT
1
ID为U为负值（反向偏置时）且 U
>>
kT e
时(室温下kT/e≈0.26mV，很容易满足这
个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
20
三、特性参量
5、时间特性(频率响应) 响应速度-时间特性常用上升时间或截止频率来表示。
上升时间：输出信号的波形前沿幅度的10%与90%的两点时间间隔，用tr 表示。
(1)极间电容Ct和负载电阻RL的时间常数t1 t1=2.2×Ct×RL
Ct：封装电容和光电二极管结电容Cj之和，RL：负载电阻
19
10
五 、雪崩光电二极管（APD）
2、基本结构 (a) 在P型硅基片上扩散杂质浓度大的N+层，制成P型N结构； (b) 在N型硅基片上扩散杂质浓度大的P+层，制成N型P结构； (c) PIN型雪崩光电二极管
9
五 、雪崩光电二极管（APD）
3、工作原理
输出端受光照时，P+层受光子能量激发跃迁 至导带的载流子，在内部加速电场作用下，高速 通过P层，使P层发生碰撞电离而产生电子一空穴 对。而它们又从强电场中获得足够的能量，再次 晶格原子碰撞，又产生出新的电子一空穴对。这 种过程不断重复，使PN结内电流急剧倍增放大 (雪崩)，形成强大的光电流。
4、性能参数
（4） 响应速度
响应速度的主要因素是CR（C主要是器件的结电容）和耗尽层内载流 子的运动时间。
为了能达到高速响应，必须减小极间电容，而且减小受光面积，加宽 耗尽层厚度也是有必要的。
通常APD响应速度特别快，响应时间(上升时间)为0.5～2ns。
2
五 、雪崩光电二极管（APD）
5、典型应用
31
二、工作原理
2、等效电路 一种是不加外电压，直接与负载相接；另一种是加反向电压
不是不能加正向电压，只是正接以后就与普通二极管一样，只有单
向导电性，而表现不出它的光电效应。
为什么一般 加反偏压？
a) 不加外电源 b) 加反向外电源 c) 2DU环极接法
30
二、工作原理
3、微变等效电路
图a为实际电路； 图b为考虑结构、功能后的微 变等效电路；
温度 (℃）
在环境温度变化较大的情况下，为了使电路能稳定工作，必须把暗电流 对输出特性的影响减到最小。
21
三、特性参量
4、光谱响应 以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时，其响应程
度或电流灵敏度与波长的关系称为光电二极管的光谱响应。
典型硅光电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。
13
四、 PIN光电二极管
2、基本特性
(3)线性
下限由噪声决定，上限由感光面电极的结构决定。
为了使上限延伸，可通过增加反向偏压来实现。
InGaAS PIN光电二极管不同激活面积的线性曲线
GaAs PIN光电二极管的线性
入射光辐射通量(mw)
入射光辐射通量(mw)
12
四、 PIN光电二极管
2、基本特性
图c是图b的简化。正常运用时 ，加反向电压，Rsh很大，Rs很小 ，V、Rsh、Rs都可以不计；
Ip：光电流，V：理想二极管，Cf：结电容，Rsh： 漏电阻，Rs：体电阻，RL：负载电阻
29
二、工作原理
3、微变等效电路 图d是图c的简化，因为Cf很小
，除了高频情况要考虑它的分流作 用外，在低频情况下，它的阻抗很 大，可不计。
光的பைடு நூலகம்粒二象性的实验
1
本讲小结
1、光电二极管的基本结构、工作原理、特性参量 2、PIN光电二极管的工作原理、基本结构、基本性质 3、雪崩光电二极管（APD)的基本结构、工作原理、性能参数等
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
光电二极管 周自刚
本讲主要内容
一、基本结构 二、工作原理 三、特性参量 四、PIN管 五、APD管
36
一、基本结构
1、基本概念 当光照PN结，并在半导体加有反向电压时，
产生的反向电流将随光照强度和光波长的改变而 改变，这种半导体器件叫光电二极管。
8
五 、雪崩光电二极管（APD）
3、工作原理
7
五 、雪崩光电二极管（APD）
4、性能参数
（1） 增益(放大倍数)
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 光电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
I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。
6
五 、雪崩光电二极管（APD）
23
三、特性参量
2、伏安特性
在低反向偏压下光电流随反向偏 压的变化较为明显；当进一步增加 反向偏压时，光电流趋于饱和。这 时光电流仅决定入射光的功率，而 几乎与反向偏压无关。
22
三、特性参量
3、暗电流
在无光照射时的暗电流就是二极管的反向
饱和光电流I0，暗电流对温度变化非常敏感。
暗电流与所加偏压有关。
不足：I层较厚，电阻大，输出电流较小。
16
四、 PIN光电二极管
1、原理与结构
15
四、 PIN光电二极管
2、基本特性
(1)结电容
与激发面积和反向偏压有关。
反向偏压VR(V)
14
四、 PIN光电二极管
2、基本特性
(2)电流-电压特性(伏安特性)
E0无光照条件下，E1有光照射下，E2是增加光强的曲线
此雪崩光电二极管的噪声应该包括散粒噪声、由雪崩过程中引入的附加噪
声和负载电阻RL的热噪声。
in 2
2eIM
K f
4k Tf RL
2eId
I P M k f
4k Tf RL
第一项：散粒噪声和雪崩过程中的附加噪声之和；Id：暗电流；k：与器件 材料有关的系数。
3
五 、雪崩光电二极管（APD）
27
二、工作原理
4、电流方程
光辐射时，光电二极管的全电流方程为：
I
e
hc
1 ed
e,
ID
1 eeU/kT
η：光电材料的光电转换效率，
α ：材料对光的吸收系数。
26
三、特性参量
光电二极管的工作区域： 第3象限与第4象限
25
三、特性参量
1、光电特性（光电灵敏度） 定义为输出电流与入射到光敏面上辐射通量之比 。
34
一、基本结构
2、结构类型 2CU系列光电二极管只有两个引出线； 2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后极外，还设
了一个环极（其目的：减少暗电流和噪声）
33
二、工作原理
1、感应电子层 受光面一般都涂有SiO2防反射膜（少量的钠、钾、氢等正离子）。 使P-Si表面产生一个感应电子层，从而使P-Si表面与N－Si连通起来。
这一转变过程是光信号变成电信号，也是一个 吸收过程。
硅光电二极管是最简单、使用最广泛、最具有代表性的光伏效应的光半 导体器件。
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一、基本结构
2、结构类型 2DU型--以P型硅为衬底的光电二极管 2CU型--以N型硅为衬底的光电二极管
a) 2DU型光电二极管结构
b) 光电二极管符号 c) 光电特性测量电路
tr
0.35 fc
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五 、雪崩光电二极管（APD）
1、基本概念 在硅（或锗）光电二极管PN结上加反向偏压后，射入光被PN结吸收形
成光电流。当加大反向偏压时会产生“雪崩”（即光电流成倍地激增）的 现象-称为“雪崩光电二极管”。