光电二极管教程
光电二极管阵列使用方法
光电二极管阵列使用方法
光电二极管阵列是一种常见的光电检测器件，其可广泛应用于工业控制、光电
传感、光通信等领域。
下面将介绍光电二极管阵列的使用方法。
1. 预备工作：首先，检查所使用的光电二极管阵列是否完好无损，检查接线是
否正确。
确保光电二极管阵列的接口与使用设备的接口相匹配。
2. 光源选择：根据实际需求选择合适的光源。
光源可以是LED灯、激光器等，在选择光源时需确保其波长与光电二极管阵列的响应波段相一致。
3. 连接光源：将选择的光源适当连接到光电二极管阵列的输入端。
确保连接的
稳固可靠，防止接触不良导致信号干扰。
4. 输出信号采集：将光电二极管阵列的输出端连接至信号采集设备。
可以使用
模数转换器、数据采集卡等设备来采集光电二极管阵列的输出信号。
5. 灵敏度调节：根据实际需求，调整光电二极管阵列的灵敏度。
灵敏度可以通
过调整光电二极管阵列的工作电压、工作电流以及配套电路等来实现。
6. 实时检测：开启光源，观察光电二极管阵列的输出信号。
根据不同实际应用
需求，可以使用示波器、数据采集软件等设备来实时检测并记录输出信号的变化。
7. 维护保养：定期清洁光电二极管阵列的表面，防止灰尘或污渍影响其工作效果。
此外，定期检查连接线路是否松动，保证设备的正常工作。
光电二极管阵列的使用方法需要根据不同的应用场景进行调整和优化。
以上介
绍的步骤是基本的使用指南，希望能对您有所帮助。
请确保在操作光电二极管阵列时注意安全，避免触电和光源对眼睛的伤害。
光电二极管实验操作要点与数据处理
光电二极管实验操作要点与数据处理光电二极管是一种常见的光电器件，其原理是利用光照射在光电二极管上时，光子会激发电子跃迁至导带中，从而产生光电效应。
在光电二极管实验中，我们通常会进行测量和分析，以获得相关的数据和结论。
以下将介绍光电二极管实验的操作要点和数据处理的一些常用方法。
一、光电二极管实验操作要点1. 实验器材准备首先，为了保证实验的准确性和可靠性，需要使用高质量的光电二极管和其他实验器材。
确保实验器材是清洁的，以避免灰尘和污染对实验结果的影响。
2. 实验环境控制在进行光电二极管实验时，环境条件的控制非常重要。
光照的强度、波长和角度都会对实验结果产生影响。
因此，需要在实验过程中保持较为恒定的光照条件。
可以使用光源和滤光片来调节光照强度和光谱特性。
3. 光电二极管电路连接将光电二极管正确地连接到电路中是实验的第一步。
光电二极管通常有两个引脚，其中一个是阳极端，一个是阴极端。
阳极端连接到正电源，阴极端连接到负电源。
确保连接的稳定和可靠，以避免电路断开或产生干扰。
4. 光电二极管灵敏度测试在进行实验之前，可以通过灵敏度测试来评估光电二极管的性能。
可以使用已知光源的强度和波长，分别照射光电二极管，并记录相应的电流和电压值。
通过比较不同光源下的测量结果，可以对光电二极管的灵敏度做初步评估。
二、光电二极管数据处理方法在进行光电二极管实验后，我们需要对所获得的数据进行分析和处理，以得出有意义的结论。
以下是几种常用的数据处理方法。
1. 电流-电压特性曲线根据实验的测量结果，可以绘制光电二极管的电流-电压特性曲线。
在该曲线上，横坐标表示加在光电二极管上的电压，纵坐标表示通过光电二极管的电流。
这样的曲线能够直观地反映出光电二极管的工作状态和特性。
2. 光照强度-电流关系通过改变光照的强度，可以记录相应的光照强度和光电二极管输出的电流。
通过绘制光照强度和电流之间的关系曲线，我们可以了解到光电二极管的灵敏度和响应特性。
基于光电二极管的光强测量实验操作指南
基于光电二极管的光强测量实验操作指南光强测量实验是物理课程中常见的实验项目之一。
它通过使用光电二极管来测量光线的强度，帮助学生更好地理解光的性质和特点。
本文将为读者提供一份详尽的实验操作指南，帮助他们顺利完成基于光电二极管的光强测量实验。
I. 实验原理在进行实验之前，首先需要了解光电二极管的工作原理。
光电二极管是一种用来检测光线的装置，它能够将光转化为电信号。
当光照射到光电二极管上时，光子的能量会激发光电二极管中的电子，使其产生电流。
光强的大小与光电二极管输出的电流强度成正比。
II. 实验器材在进行实验之前，我们需要准备以下器材：1. 光电二极管：选择一种适用于实验的光电二极管。
确保光电二极管能够接收到实验所用光源的波长范围。
2. 光源：选择一个稳定的光源。
可以使用白炽灯、LED灯或激光器等。
根据实验需求选择合适的光源。
3. 测量仪器：使用数字万用表或光强仪等测量光电二极管输出的电流强度。
4. 连接线和电源：准备适配器和连接线等电器设备，用于将光电二极管与测量仪器连接。
III. 实验步骤1. 准备工作：将实验室环境调暗，并确保实验台面上无其他干扰光源。
确保实验器材清洁，光电二极管无污渍等。
2. 连接电路：将光电二极管的阳极和阴极分别连接到数字万用表的正负极，或将光电二极管连接到光强仪上。
3. 调整光源距离：将光源放置在距离光电二极管适当的距离上。
根据实验需求，调整光源距离，使其适合所需的光照强度。
4. 测量数据：打开光源，并通过测量仪器记录光电二极管输出的电流强度。
根据实验需求，可以改变光源距离或更换光源，继续测量不同强度的光。
5. 数据分析：根据测量结果绘制光强与光照强度的关系曲线。
根据实验结果，分析光电二极管的特性和工作范围。
IV. 实验注意事项在进行光强测量实验时，有几点需要注意：1. 实验环境：保持实验环境较暗，以减少干扰光源对实验结果的影响。
确保实验台面上无其他干扰光源。
2. 光源选择：根据实验需求选择合适的光源。
光电二极管的制作与应用
光电二极管的制作与应用随着科技的不断发展，现代社会中各种电子设备的应用越来越广泛，其中光电二极管是一种常见的电子元器件。
在无线通信、遥控器、光电测量等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍光电二极管的制作与应用。
一、光电二极管的制作原理光电二极管是一种半导体元件，它被用来检测、转换和放大光信号。
与常用的半导体二极管相比，光电二极管还有着增强光感度的功能。
光电二极管通常由半导体材料制成，主要通过PN结实现光电效应。
以下是制作光电二极管的详细步骤：1. 半导体材料的选择：一般使用硅或者锗来制作光电二极管。
2. 用化学方法在半导体基片上形成n、p两种区域。
3. 焊接金属电极使形成n、p两种区域的半导体基片成为一个元器件。
4. 在元器件的正、负极间形成PN结，形成光电效应。
通过以上步骤，就成功制作出了光电二极管。
二、光电二极管的应用光电二极管具有灵敏度高、响应时间短、可靠性好等优点，因此广泛用于相关的电子设备，如：1. 遥控器：在家庭电器中，遥控器是一个常见的用途，它可以通过红外线与设备进行通信，从而控制电视、音响等设备的开关和音量。
2. 光电测量仪器：在光传感器行业中，光电二极管也有着广泛的应用。
光电二极管可以用来检测光的强度、光的频谱等。
3. 无线通信：光电二极管在光通信中可以用来接收或解调光信号，从而传输信号。
4. 路灯：由于光电二极管具备低功耗、长寿命、抗干扰等优点，因此它也被广泛应用于路灯传感器。
三、光电二极管的未来发展随着科技的不断进步，光电二极管的研究也在不断深入。
未来，它将在许多领域得到更为广泛的应用。
例如，光电二极管可以用于医学影像、卫星通讯、太阳能电池等领域。
未来，应该会有更多的光电二极管应用于智能照明、虚拟现实、自动驾驶等新兴领域。
总之，光电二极管是一种具有广泛应用的半导体器件，它可以在电子器件中充当控制和信号转换的角色。
随着科技的发展，它的应用领域将会越来越广泛，同时其制作技术也将会不断的完善和提升。
光电二极管流片过程
光电二极管流片过程
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。
它的制造过程通常包括以下步骤：
1. 晶圆制备：首先，需要制备用于制造光电二极管的晶圆。
这通常涉及到在硅片上生长一层薄薄的半导体材料，例如硅、锗或砷化镓等。
2. 光刻：使用光刻技术，将光电二极管的图案转移到晶圆上。
这通常涉及到在晶圆上涂覆一层光刻胶，然后使用光刻机将图案曝光在光刻胶上。
3. 蚀刻：使用蚀刻技术，将光刻胶上的图案转
移到晶圆上。
这通常涉及到使用化学蚀刻剂或等离子体蚀刻技术，将不需要的材料从晶圆上蚀刻掉。
4. 扩散：在晶圆上形成 p-n 结，这是光电二极管的核心部分。
这通常涉及到在晶圆上注入杂质，以形成 p 型和 n 型区域。
5. 金属化：在晶圆上形成金属连接，以便将光电二极管与外部电路连接起来。
这通常涉及到在晶圆上沉积金属层，并使用光刻和蚀刻技术形成金属连接。
6. 测试：对制造完成的光电二极管进行测试，以确保其性能符合要求。
以上是光电二极管流片的一般过程，具体的制造过程可能会因不同的制造工艺和应用而有所不同。
物理实验中常见的光电元件使用方法
物理实验中常见的光电元件使用方法光电元件是物理实验中常见的一类器件，通过光电效应将光能转化为电信号。
在实验中正确地使用光电元件是保证实验结果准确性的关键。
本文将介绍几种常见的光电元件，包括光电二极管、光敏电阻、光电导和光电二极管等，以及它们在实验中的使用方法。
1. 光电二极管光电二极管是一种基于光电效应工作的半导体元件，常用于测量光照强度和光的频率。
在实验中使用光电二极管时，首先需要了解其电路连接方法。
通常，将光电二极管的阳极连接到正极，阴极连接到负极。
同时，为了保护光电二极管不受过高的光照强度损坏，可以在阳极和负极之间串联一个适当的电阻。
使用光电二极管时，要注意光电二极管的灵敏度。
不同类型的光电二极管对光照强度的响应程度有所不同，因此需要根据实验需求选择适合的光电二极管。
此外，光电二极管对光的波长也有一定的选择性，因此在实验中需要根据所用光源的波长来选择合适的光电二极管。
2. 光敏电阻光敏电阻是一种能够根据光照强度改变其电阻值的器件。
在实验中常用光敏电阻来测量光照强度的变化。
使用光敏电阻时，需要将其连接到电路中，并通过测量电压或电流的变化来获得光照强度的信息。
为了正确使用光敏电阻，需要注意其在电路中的连接方式。
光敏电阻通常接在电路的关键位置上，以便能够准确地感知到光照强度的变化。
同时，为了排除外界光源对光敏电阻的影响，可以在其外部增加遮光套管或使用滤光片来选择适当的光谱范围，以保证测量结果的准确性。
3. 光电导光电导是一种能够将光能转化为电能的器件。
在实验中，光电导常用于测量光电流的变化。
使用光电导时，需要将其连接到电路中，并通过测量电流的变化来获得光照强度的信息。
为了正确使用光电导，需要注意光电导的灵敏度和线性范围。
不同类型的光电导对光照强度的响应程度不同，因此需要根据实验需求选择适合的光电导。
同时，光电导的线性范围也会受到光照强度的影响，因此在实验中需要注意光照强度的变化范围，以保证测量结果的准确性。
光电二极管测量技术的使用教程
光电二极管测量技术的使用教程光电二极管是一种将光能转化为电能的器件，广泛应用于光电转换、光测量、光通信和光电检测等领域。
在这篇文章中，我们将介绍光电二极管的基本原理、使用注意事项以及一些常见的测量技术。
1. 光电二极管的基本原理光电二极管是一种半导体器件，它由一对p型和n型半导体材料组成，中间夹杂有浓度较高的掺杂材料形成p-n结。
当光线照射到p-n结上时，光子的能量会将电子从价带激发到导带中，从而形成电流。
因此，光电二极管的输出信号与光的强度成正比。
2. 光电二极管的使用注意事项在使用光电二极管进行测量时，需要注意以下几点：2.1 光线的入射角度光线的入射角度会影响光电二极管的测量结果。
通常情况下，光线应垂直入射到光电二极管表面，以获得准确的测量结果。
如果光线入射角度偏离垂直方向，需要进行修正计算来消除误差。
2.2 光电二极管的响应频率光电二极管的响应频率是指它对光信号的能力。
不同类型的光电二极管有不同的响应频率范围，需要根据具体的应用需求选择合适的器件。
对于高速测量应用，需要选择具有较高响应频率的光电二极管。
2.3 光电二极管的线性范围光电二极管的输出信号与光的强度成正比，但在一定范围内存在线性关系。
超过光电二极管的线性范围，输出信号将不再准确。
因此，在进行测量时，需要确保光的强度不超过光电二极管的线性范围。
3. 光电二极管的测量技术3.1 光电二极管的电流测量光电二极管的输出信号是电流，常用的测量方法是使用电流计来测量光电二极管的输出电流。
在进行测量时，需要将电流计与光电二极管连接好，并注意设置合适的量程以获取准确的测量结果。
3.2 光电二极管的光强度测量光电二极管的输出信号与光的强度成正比，因此可以使用光强度测量器进行测量。
光强度测量器通常由一个光传感器和一个显示屏组成，可以直接显示光的强度值。
在进行测量时，需要将光电二极管与光强度测量器连接，并确保光线垂直入射到光电二极管表面。
3.3 光电二极管的光谱测量光电二极管还可以用于光谱测量，即测量光的波长分布。
《光电二极管》课件
光电二极管的工作原理
当光线照射在光电二极管的 PN 结上时，光能将某些电子从半导体原子的价带跃迁到导带，这些电子被称为光 电子。光电子向结的 N 区移动时，会在 PN 结上产生电信号。
光电二极管的不同类型
普通二极管
只允许单向传输，不能在电子导通时输出光信号。
光控二极管
通过光控效应，将光线转换为电信号，作用于电路中，输出电流或电压信号。
2
工业领域
广泛应用于激光打标机、激光切割机、机器视觉等设备中。
3
医疗领域
广泛应用于光学照明、医疗诊断、生物成像等领域。
4
市场前景
光电二极管市场随着科技的发展将会不断拓展，市场容量持续扩大，预计未来几年将保持稳 步增长。
成功应用光电二极管的案例
条形码识别
光电二极管广泛应用于条形码扫 描器中，可以快速读取条形码上 的信息。
《光电二极管》PPT课件
欢迎大家来到本次的《光电二极管》PPT课件。本次分享将向大家介绍光电二 极管的定义、原理、结构与制作方法、性能表征、应用与市场、以及未来展 望。
光电二极管的定义
光电二极管是一种可以将光信号转换成电信号的半导体器件。通过光子的照 射，产生光生载流子，并使其在电场作用下发生漂移运动，控制器件导通和 截止状态。
太阳能电池板
太阳能电池板中的光电二极管可 以将阳光转换为电信号，将其储 存入电池或输 可以与传感器相结合，形成智能 路灯，具备自动感应、远程控制、 多种显示模式等智能功能。
光电二极管的认识与未来展望
通过本次分享，大家对光电二极管有了更深入的了解。光电二极管因其应用 领域广泛，市场前景良好，未来发展趋势必将更加广阔。
光电晶体管
通过光电效应，将光线转换为导通电流信号，并放大输出到上游电路。
光子学技术在光电二极管中的使用教程
光子学技术在光电二极管中的使用教程光子学技术是一门研究光的产生、传输、操控和检测的学科。
它利用光的性质，通过光的干涉、衍射、吸收和放射等现象，在光电器件中实现信号的传输、转换和检测。
光电二极管是一种基于光电效应原理的光电器件，具有高转换效率、快速响应和宽波长响应等特点。
本文将介绍光子学技术在光电二极管中的使用教程。
一、光电二极管基础知识1. 光电二极管原理光电二极管利用光电效应原理，将光能转换为电能。
当光照射到光电二极管的PN结区域时，光子的能量被吸收，激发了电子从价带跃迁到导带，产生电流。
光电二极管的输出电流与光照强度成正比。
2. 光电二极管结构光电二极管的基本结构由PN结和电极组成。
PN结由P型半导体和N型半导体组成，P型半导体富含空穴，N型半导体富含电子。
两者接触形成结电位垒，在无光情况下，不存在漏电流。
当有光照射时，光子的能量使得部分电子从价带跃迁到导带，形成电流。
二、光子学技术在光电二极管中的应用1. 光电二极管的光源选择在使用光电二极管时，光源的选择是非常重要的。
根据应用需求，可选择不同波长、功率和光强的光源。
常用的光源有激光二极管、发光二极管、白炽灯等。
根据具体应用场景选择合适的光源，以达到最佳的测量结果。
2. 光电二极管的光路设计在测量过程中，光的传输路径对信号的稳定性和精确性具有重要影响。
合理设计光路能够最大限度地减少光的损失和干扰。
对于光电二极管的接收端，可添加适当的滤光器来选择特定波长的光信号。
3. 光电二极管的信号放大和处理光电二极管输出的电流较小，为了更好地采集和处理光电信号，需要进行信号放大和处理。
常用的方法是使用放大器来放大光电二极管输出的微弱信号。
选择合适的放大器能够提高信号的信噪比和分辨率。
4. 光电二极管的探测范围调节光电二极管的探测范围可以通过设计合适的电路来调节。
例如，可以通过改变反馈电阻的大小来调整探测灵敏度。
同时，还可以通过改变电源电压来改变光电二极管的工作点，从而扩大或缩小探测范围。
光电二极管用法
光电二极管用法
光电二极管啊，这玩意儿挺有用的，简单来说，它就像是一个能把光变成电的“小魔术师”。
那光电二极管的用法呢，也挺直接的，我来给你说说啊。
首先呢，你得知道光电二极管是怎么工作的。
当光照到它上面时，它就能把光转换成电。
就像咱们晒太阳，会觉得暖洋洋的，那是因为太阳的光和热被我们身体接收到了。
光电二极管呢，就是接收光，然后转换成电信号。
用法上呢，你可以把它想象成一个开关。
比如说，在光纤通信里，光电二极管就是一个很重要的光接收模块。
当光信号通过光纤传过来，打到光电二极管上时，它就能把光信号转换成电信号，这样我们就可以接收到信息了。
再比如，在一些光学传感器里，光电二极管也是关键部件。
当有光照射到传感器上时，光电二极管就能感知到，并转换成电信号，然后我们就可以根据这个信号去做一些控制或者监测的事情。
还有啊，在一些太阳能电池里，也有光电二极管的身影。
它能把太阳光转换成电能，给咱们提供电力。
光电二极管的用法就是利用它把光转换成电的特性，在各种需要光信号转换的场合里发挥作用。
它就像一个默默无闻的小助手，帮我们把看不见的光信号转换成看得见的电信号，让我们的生活和工作变得更加方便和高效。
光电二极管的制备和应用
光电二极管的制备和应用光电二极管，简称LED（Light Emitting Diode），是一种半导体器件，具有低电压降、高亮度、长寿命等优点，被广泛应用于室内外照明、汽车照明、手机屏幕、信号灯等领域。
本文将介绍光电二极管的制备和应用。
一、光电二极管的制备光电二极管的制备主要分为原理研究和工程应用两个方面。
原理研究主要涉及材料合成、器件结构设计等方面。
工程应用则在材料基础上进一步研发生产工艺，包括晶圆制备、表面制备、芯片制造、封装等步骤。
1. 材料合成光电二极管的核心材料是半导体材料，包括GaAs、InP、SiC、GaN等。
这些材料的选择主要根据其电学、光学性能和价格等因素。
材料的合成一般采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、有机金属化学气相沉积（OMCVD）和分子束外延（MBE）等技术。
其中，MOCVD是最为常用的技术，具有材料种类多、生长速度快、设备简单等优点。
2. 器件结构设计光电二极管的器件结构分为PN结、PIN结和SCH结等。
其中，PN结是最为常见的结构形式，由P型半导体和N型半导体构成。
PIN结则在PN结的基础上增加了一个Intrinsic（I）区，SCH结则在PN结的基础上增加了一个量子阱结构。
这些结构的选择取决于光电二极管的具体应用场景。
例如，PIN结构常用于高速信息传输，SCH结构常用于高亮度发射。
3. 晶圆制备晶圆制备是光电二极管制备的第一步，其主要目的是在晶片上生长具有所需结构的半导体材料。
晶圆制备主要采用MOCVD和MBE等技术。
制备过程中，需要对晶圆进行多次材料沉积和退火处理，保证晶体质量，并形成所需的PN结或其他结构。
4. 表面制备表面制备是指对晶片表面进行处理，以使光电二极管的电特性和光特性达到最优。
表面制备包括表面提纯、表面结构调整、表面保护等步骤，其中最关键的是表面结构调整。
表面结构调整主要通过化学腐蚀、干法蚀刻、热氧化等方式进行，具体方法取决于晶圆的材料和结构。
光电二极管优秀课件
• 在无辐射作用旳情况下（暗室中），PN结硅光电 二极管旳正、反向特征与一般PN结二极管旳特征 一样。其电流方程为：
I
I
0
qU
e
kT
1
• 当光辐射作用到光电二极管上时，光p I0(1 exp(qU / kT ))
• 式中I0为暗电流，IP为光电流
伏安特征
2CU型(a)
2DU型(b)
基本构造
反型层成为PN结表面漏电流旳通道，使经过负载旳暗电流 增大，从而会影响器件旳探测极限
为了减小这种表面漏电 流，采用旳措施是在受 光面旳四面加上一种环 极把受光面包围起来。 在接电源时，使环极电 势一直保持高于前极电 势，给表面漏电流提供 一条直接流入电源旳通 道。
• 应用：照度计、彩色传感器、线性图像传感器、分光光度 计、摄影机曝光计。
Light
PIN型光电二极管
• 因为PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收， 因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件旳特征， 在PN结中间设置一层本征半导体(称为I)，这种构造便是 常用旳PIN光电二极管
P-Si I-Si N-Si
PN管构造
PIN管构造
雪崩光电二极管
• PIN型光电二极管提升了PN结光电二极管旳时间响应，但对 器件旳敏捷度没有多少改善。雪崩光电二极管是利用PN结 在高反向电压下产生旳雪崩效应来工作旳一种二极管，能 够提升光电二极管旳敏捷度
• 应用：高速光通信、高速光检测
APD载流子雪崩式倍增示意图
• 1.光谱特征 • 2.伏安特征 • 3.噪声特征 • 4.温度特征
光电二极管旳基本特征
光谱特征
• 以等功率旳不同单色辐射波长旳光作用于光电二极管时， 其电流敏捷度与波长旳关系称为其光谱响应，不同材料旳 光谱响应范围不同
【精品】第一章自扫描光电二极管列阵报告教学课件
VCC
M17 pmos l = 5u W = 5u
M18 nmos l = 5u W = 5u
0 e3
pmos M21 l = 5u
W = 5u
VCC
0
nmos M22 l = 5u
W = 5u
VCC
M23 pmos l = 5u W = 5u
M24 nmos l = 5u W = 5u
1.1.1 SSPA线列阵原理
3、简单线阵SSPA电路
e1
e2
选通开关
光电二极管
e3
输出
电源
1.1.2 扫描驱动电路
4、PMOS场效应管
➢负栅压（大于阈值）导通； ➢零栅压或正栅压截止。
（a）零栅压
（b）负栅压
源(S) 栅(G) 漏(D)
p
p
G
n
体(B)
源(S) 栅(G) 漏(D)
D
IDS S
-----
3、普通移位寄存器工作原理（3）
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9
S 1 2 a (e1) b c (e2) d
3、普通移位寄存器工作原理（4）
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9
S 1 2 a (e1) b c (e2) d
1.1.2 扫描驱动电路
注意： ➢光电流很小；
➢布线很困难。
IL1 0 12~1 0 6A
2、电荷存储工作方式
e1
Vo T1
CV
RL
D1
Cd
1
V
e1
Vo
Cd
ID
IL
RL
V
q0ID (t2t1)ID T S
第十三讲 光电二极管
2
五 、雪崩光电二极管（APD）
5、典型应用 光的波粒二象性的实验
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
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
fc
11
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”。
具有三高（响应度、信噪比、响应速度）等特点，
广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测 距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。
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）
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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。 当加反偏压时，从前极流出的暗电子流，有通过表面感应电子层产生的
光电二极管及光电三极管教程
2.7.7 光伏探测器使用要点
1）极性结型器件都有确定的极性，如要加电压使用时，光
电结必须加反向电压，即P端与外电源的低电位相接。
2）使用时对入射光强范围的选择应视用途而定。 用于开关电路或逻辑电路时光照可以强些。 用于模拟量测量时，光照不宜过强。 因为一般器件都有这样的性质：光照弱些，负载电阻小些，
正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏臵，
发射结为正偏臵，集电结为光电结。
当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入， 同时在集电极电路即产生了一个被放大的电流Ic（＝Ie＝（1 ＋β）Ip），β为电流放大倍数。
因此，光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上偏流
电路中接一个光电二极管的作用是完全相同的。
加反偏压使用时，光电线性好，反之则差。
3）灵敏度主要决定于器件，但也与使用条件和方法有关， 例如光源和接收器在光谱特性上是否匹配；入射光的方向 与器件光敏面法线是否一致等。
4）结型器件的响应速度都很快。它主要决定于负载电阻和 结电容所构成的时间常数（τ＝RC）。负载电阻大，输出电 压可以大，但τ会变大，响应变慢。相反，负载电阻小些， 输出电压要减小，但τ会变小，响应速度变快。
图d又是从图c简化来的，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。 因此具体应用时多用图d和图c两种形式。 流过负载的交变电流复振幅为 ： IL＝Ip· 1/(1+jωτ)
ω：入射光的调制圆频率，ω＝2πf，f为入射光的调制频率。 τ = CfRL
雪崩二极管
当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达106，即产生 所谓的自持雪崩。 这种管子响应速度特别快，带宽可达100GHz，是目前响 应速度最快的一种光电二极管。
光电二极管教程
光电二极管教程工作原理结光电二极管是一种基本器件，其功能类似于一个普通的信号二极管，但在结半导体的耗尽区吸收光时，它会产生光电流。
光电二极管是一种快速，高线性度的器件，在应用中具有高量子效率，可应用于各种不同的场合。
根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。
图1描绘了一个结光电二极管模型，它由基本的独立元件组成，这样便于直观了解光电二极管的主要性质，更好地了解Thorlabs光电二极管工作过程。
图1: 光电二极管模型光电二极管术语响应度光电二极管的响应度可以定义为给定波长下，产生的光电流(IPD)和入射光功率(P)之比：工作模式(光导模式和光伏模式)光电二极管可以工作在这两个模式中的一个: 光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。
工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小(漏电流)而定。
光导模式处于光导模式时，有一个外加的偏压，这是我们DET系列探测器的基础。
电路中测得的电流代表器件接受到的光照; 测量的输出电流与输入光功率成正比。
外加偏压使得耗尽区的宽度增大，响应度增大，结电容变小，响应度趋向直线。
工作在这些条件下容易产生很大的暗电流，但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。
(注: 我们的DET器件都是反向偏置的，不能工作在正向偏压下。
)光伏模式光伏模式下，光电二极管是零偏置的。
器件的电流流动被限制，形成一个电压。
这种工作模式利用了光伏效应，它是太阳能电池的基础。
当工作在光伏模式时，暗电流最小。
暗电流暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流. 工作在光导模式时, 容易出现更高的暗电流, 并与温度直接相关. 温度每增加10 °C, 暗电流几乎增加一倍, 温度每增加 6 °C, 分流电阻增大一倍. 显然, 应用更大的偏压会降低结电容, 但也会增加当前暗电流的大小.当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响. 锗器件暗电流很大, 硅器件通常比锗器件暗电流小.下表给出了几种光电二极管材料及它们相关的暗电流, 速度, 响应波段和价格.结电容结电容（Cj）是光电二极管的一个重要性质，对光电二极管的带宽和响应有很大影响。
光电二极管特性测试及其变换电路
光电二极管特性测试及其变换电路1实验目的(1)学习掌握光电二极管的工作原理(2)学习掌握光电二极管的基本特性(3)掌握光电二极管特性测试的方法(4)了解光电二极管的基本应用2实验内容(1)光电二极管暗电流测试实验(2)光电二极管光电流测试实验(3)光电二极管伏安特性测试实验(4)光电二极管光电特性测试实验(5)光电二极管时间特性测试实验(6)光电二极管光谱特性测试实验3实验仪器(1)光电器件实验仪1台(2)示波器1台(3)万用表1个(4)计算机1套4实验原理光电二极管又称光敏二极管。
制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。
由于硅器件较锗器件暗电流、温度系数都小得多,加之制作硅器件采用的平面工艺使其管芯结构很容易精确控制，因此,硅光电二极管得到了广泛应用。
光电二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上，图1（a）是其结构示意图。
光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，如图1（b）所示。
（a）结构示意图（b）基本电路图1 光电二极管结构图PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。
但是当光照射PN结时，只要光子能量hv大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子—空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加。
这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N 区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压（P区接负，N区接正）作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光照度的变化而相应变化。
光电流通过负载R L时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号如果入射光的照度改变，光生电子—空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。
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光电二极管教程
工作原理
结光电二极管是一种基本器件，其功能类似于一个普通的信号二极管，但在结半导体的耗尽区吸收光时，它会产生光电流。
光电二极管是一种快速，高线性度的器件，在应用中具有高量子效率，可应用于各种不同的场合。
根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。
图1描绘了一个结光电二极管模型，它由基本的独立元件组成，这样便于直观了解光电二极管的主要性质，更好地了解Thorlabs光电二极管工作过程。
图1: 光电二极管模型
光电二极管术语
响应度
光电二极管的响应度可以定义为给定波长下，产生的光电流(I PD)和入射光功率(P)之比：
工作模式(光导模式和光伏模式)
光电二极管可以工作在这两个模式中的一个: 光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。
工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小(漏电流)而定。
光导模式
处于光导模式时，有一个外加的偏压，这是我们DET系列探测器的基础。
电路中测得的电流代表器件接受到的光照; 测量的输出电流与输入光功率成正比。
外加偏压使得耗尽区的宽度增大，响应度增大，结电容变小，响应度趋向直线。
工作在这些条件下容易产生很大的暗电流，但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。
(注: 我们的DET器件都是反向偏置的，不能工作在正向偏压下。
)
光伏模式
光伏模式下，光电二极管是零偏置的。
器件的电流流动被限制，形成一个电压。
这种工作模式利用了光伏效应，它是太阳能电池的基础。
当工作在光伏模式时，暗电流最小。
暗电流
暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流. 工作在光导模式时, 容易出现更高的暗电流, 并与温度直接相关. 温度每增加 10 °C, 暗电流几乎增加一倍, 温度每增加 6 °C, 分流电阻增大一倍. 显然, 应用更大的偏压会降低结电容, 但也会增加当前暗电流的大小.
当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响. 锗器件暗电流很大, 硅器件通常比锗器件暗电流小.下表给出了几种光电二极管材料及它们相关的暗电流, 速度, 响应波段和价格.
Material Dark Current Speed Sensitivity* Cost Silicon (Si) Low High Speed 400 - 1000 nm Low Germanium (Ge) High Low Speed 900 - 1600 nm Low Gallium Phosphide (GaP) Low High Speed 150 - 550 nm Moderate Indium Gallium Arsenide (InGaAs) Low High Speed 800 - 1800 nm Moderate Extended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs) High High Speed 1200 - 2600 nm High * 代表近似值
结电容
结电容（C j）是光电二极管的一个重要性质，对光电二极管的带宽和响应有很大影响。
需要注意的是，结区面积大的二极管结体积也越大，也拥有较大的充电电容。
在反向偏压应用中，结的耗尽区宽度增加，会有效地减小结电容，增大响应速度。
带宽和响应
负载电阻和光电二极管的电容共同限制带宽。
要得到最佳的频率响应，一个50欧姆的终端需要使用一条50欧姆的同轴电缆。
带宽（f BW）和上升时间响应（t r）可以近似用结电容（C j）和负载电阻（R load）表示：
终端电阻
使用负载电阻将光电流转换为电压（V OUT）以便在示波器上显示：
根据光电二极管的类型，负载电阻影响其响应速度。
为达到最大带宽，我们建议在同轴电缆的另一端使用50欧姆的终端电阻。
其与电缆的本征阻抗相匹配，将会最小化谐振。
如果带宽不重要，您可以增大负载电阻（R load），从而增大给定光功率下的光电压。
终端不匹配时，电缆的长度对响应影响很大，所以我们建议使电缆越短越好。
分流电阻
分流电阻代表零偏压下光电二极管的结电阻。
理想的光电二极管分流电阻无限大，但实际值可能从十欧姆到几千兆欧不等，与其材料有关。
例如，InGaAs探测器分流电阻在10兆欧姆量级，而Ge探测器的分流电阻在千欧量级。
这会显著影响光电二极管的噪声电流。
然而，在大部分应用中，大电阻几乎不产生效应，因而可以忽略。
串联电阻
串联电阻是半导体材料的电阻，这个小电阻通常可以忽略。
串联电阻来自于光电二极管的触点和线接头，通常用来确定二极管在零偏压下的线性度。
通用工作电路
图2：反向偏压电路（DET 系列探测器）
DET系列探测器有上面所示的模块化电路。
探测器反向偏置对输入光产生线性响应。
光电流的大小与入射光大小以及波长有关，输出端加一个负载电阻就可以在示波器上显示。
RC滤波电路的作用是滤掉输入电源的高频噪声，这些噪声会影响输出端的噪声。
图3：放大探测器电路
也可以用光电探测器加放大器来实现所需要的高增益。
用户可以选择工作在光导模式和光伏模式。
使用这个有源电路有几个优势：
•光伏模式：由于运算放大器A点电势和B点电势相等，因而光电二极管两端的电势差为零伏。
这样最小化了暗电流的可能•光导模式：二极管反向偏置，于是增大了带宽降低了结电容。
探测器的增益与反馈元件（R f）有关。
探测器的带宽可用下面的式子计算：
其中GBP是放大器增益带宽积，C D是结电容和放大器电容之和。