2.4光电三极管解析

(3）温度特性
硅光电二极管和硅光电三极管的暗电流Id和光电流IL均随温度
而变化，由于硅光电三极管具有电流放大功能，所以硅光电三极管
的暗电流Id和光电流IL受温度的影响要比硅光电二极管大得多，光 电二极管与三极管暗电流Id与温度的关系曲线，随着温度的升高暗
电流增长很快；
光电二极管与三极管亮 电流IL与温度的关系曲 线，光电三极管亮电流 IL随温度的变化比光电 二极管亮电流IL随温度 的变化快。
吸收。因此，可以制造出具有不同光
谱响应的光伏器件，例如蓝敏器件和 色敏器件等。蓝敏器件是在牺牲长波
段光谱响应为代价获得的（减薄PN结
厚度，减少了长波段光子的吸收）。
3.阵列式或象限式结型光电器件
利用集成电路技术使2个至几百个光电二极管或光电池排成一
行，集成在一块集成电路片子上，即成为阵列式的一维光电器 件，也可以使光电二极管或光电池制成象限式的二维光电器件。 这两种器件中，衬底是共用的，而各光敏元都是独立的，分 别有各自的前极引出线。 这种器件的特点是，光敏元密集度大，总尺寸小，容易作到 各 单元多数一致，便于信号处理。
(5）光谱响应
硅光电二极管与硅光电三极管具有相同的光谱响应。图中所示为
典型的硅光电三极管3DU3的光谱响应特性曲线，它的响应范围为
0.4~1.0μm，峰值波长为0.85μm。 对于光电二极管，减薄PN结的厚度可以使短波段波长的光谱响 应得到提高，因为PN结的厚度减薄后，长波段的辐射光谱很容易穿 透PN结，而没有被吸收。 短波段的光谱容易被减薄的PN结
6.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。



光敏面上无象限分隔线，
对光斑位置可连续测量。
5.光电开关与光电耦合器

光电开关和光电耦合器都是由发光端和受光端组成的组合 件。 光电开关不封闭，发光端与受光端之间可以插入调制板。 光电耦合器则是把发光元件与受光元件都封闭在一个不透
Байду номын сангаас
光的管壳内。

光电开关与光电耦合器结构示意图

4 光电位置探测器（PSD） Position Sensitive Detectors

PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位 置的结型光电器件，有一维的和二维的两种。 当入射光是一个小光斑，照射到光敏面时，其输出则与光的 能量中心位置有关。 这种器件和象限光电器件比较，其特点是，它对光斑的形状 无严格要求，
2. 光电三极管主要性能参数
(1)光照特性
(2）伏安特性
硅光电三极管在不同光照下有不同的伏安特性曲线。光电三极管
在偏置电压为零时，无论光照度有多强，集电极电流都为零。偏
置电压要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电结处于 反向偏置。随着偏置电压的增高伏安特性曲线趋于平坦。 光电三极管的伏安特性曲线 向上偏斜，间距增大。这是因为光 电三极管除具有光电灵敏度外，还 具有电流增益β，并且，β值随光电 流的增大而增大。
2.4 光电三极管
光电三极管与普通半导体三极管一样有两种基本结构， 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称为PNP结构，称为
3CU型。 图 (a)所示 为NPN型光电三 极管的原理结构 图； 图(b)所示为 光电三极管的电 路符号。
1.工作原理
集成光电器件。
三种形式的集成光电器件。
图3-13 (a)光电二极管与三极管集成而构成的集成光电器件，它
比图3-12(c)所示的光电三极管具有更大的动态范围，因为光电
二极管的反向偏置电压不受三极管集电结电压的控制。
图3-13(b) 为光电三极管与三极管集成构成的集成光电器件， 它具有更高的电流增益（灵敏度更高）。

就目前的应用看，两个并列的光电二极管或光电池，可用
来辨别光点移动的方向。

2～4个并列的光敏元，可用来收集光点移动的相位信息。 几十个至几百个或更多并列的光敏元，可用来摄取光学图 象或用作空间频谱分析。 象限式光电器件可用来确定光点在二维平面上的位置坐标。 多用于准直、定位、跟踪或频谱分析等方面。
a) 光电开关 b) 光电耦合器



发光端与受光端彼此独立，完全没有电的联系， 两端之间的电阻一般都在1011Ω以上。 光电开关多用于光电计数、报警、安全保护、无 接触开关，及各种光电控制等方面。 光电耦合器多用于电位隔离、电平匹配、抗干扰 电路、逻辑电路、模/数转换、长线传输、过流保 护，及高压控制等方面。
光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是
光电流放大。
集电极输出的电流为
q I e ( 1) I P ( 1) (1 e d )Φe,λ h
光电三极管的电流灵敏度是光电二极管的β 倍。 相当于光电二极管的电流Ip被三极管放大β 倍。 为提高光电三极管的增益，减小体积，常将光电 二极管或光电三极管及三极管制作到一个硅片上构成
(4)频率特性
图（a）所示为光电三极管的输出电路，（b）为其微变等效电路。
分析等效电 路图，不难看出，
光电三极管的时间响应常与PN结的结构及偏置电路等参数有关。
由电流源Ip、基-射
结电阻rbe、电容 Cbe和基-集结电容 Cbc构成的部分等 效电路为光电二极 管的等效电路。
光电三极管的等效电路是在光电二极管的等效电路基础上增加了 电流源Ic和基射结电阻Rce、电容Cce、输出负载电阻RL。光电三 极管的时间响应由以下四部分组成： ① 光生载流子对发射结电容Cbe和集电结电容Cbc的充放电时间； ② 光生载流子渡越基区所需要的时间；
③ 光生载流子被收集到集电极的时间；
④ 输出电路的等效负载电阻RL与等效电容Cce所构成的RC时间；
总时间常数为上述四项和。因此，光电三极管的响应时间比光 电二极管的响应时间要长得多。要改善光电三极管的频率响应， 由等效电路知应尽可能减小rbeCbe和RLCce的时间常数。在工艺上 设法减小结电容；选择合理的负载电阻。