2 光电二级管特性0805014115张路路
光电传感器实验方案的设计与实践——光电二极管特性
中北大学课程设计说明书学生姓名：张路路学号：0805014115学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目：光电传感器实验方案的设计与实践——光电二极管特性指导教师：程耀瑜职称: 教授指导教师：李永红职称: 讲师2012年1月4日中北大学课程设计任务书11/12 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：张路路学号：0805014115 课程设计题目：光电传感器实验方案的设计与实践——光电二极管特性起迄日期：2011年12月19日~2012年1月6日课程设计地点：主楼1318室，513教研室指导教师：程耀瑜李永红系主任：程耀瑜下达任务书日期: 2011年12月19日课程设计任务书课程设计任务书实验目的 (1)实验内容 (1)实验仪器 (1)实验原理 (1)注意事项 (4)实验步骤 (5)实验结果 (12)实验总结 (15)参考文献 (15)光电二极管特性测试实验一、实验目的1、学习光电二极管的基本工作原理；2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法，并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量；3、通过学习，能够对其他光伏器件有所了解。
二、实验内容1、光电二极管暗电流测试实验2、光电二极管伏安特性测试实验3、光电二极管光照特性测试实验4、光电二极管时间特性测试实验5、光电二极管光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电二极管综合实验仪 1个2、光通路组件 1套3、光照度计 1个4、电源线 1根5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根7、三相电源线 1根8、实验指导书 1本四、实验原理1、概述随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。
光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。
光电二极管的特点
光电二极管的特点光电二极管是一种能将光能转化为电能的半导体器件。
它具有以下特点：1. 光电转换效率高：光电二极管能够将光能有效转换为电能。
当光照射到光电二极管的PN结时，光子的能量会被转移到导带内的电子上，使其跃迁到导带上形成电流。
光电转换效率高意味着光电二极管能够更有效地将光能转化为电能，提高能源利用效率。
2. 灵敏度高：光电二极管对光的响应速度快，能够实时感受光的变化。
当光照强度改变时，光电二极管能够迅速产生对应的电流变化。
这种高灵敏度使得光电二极管在光控制、光测量等领域有广泛的应用。
3. 响应频率宽：光电二极管对光信号的响应频率范围广，可以接收从红外到紫外的各种波长的光信号。
不同材料制成的光电二极管对不同波长的光信号有不同的响应范围，可根据需求选择合适的光电二极管。
4. 反向漏电流小：光电二极管在反向电压下的漏电流很小，这是因为在正向偏置时，PN结的电子和空穴会被推向相反的方向，从而减小了反向电流。
这种特性使得光电二极管在需要保持较低电流的应用中非常有效，例如在光传感器中。
5. 工作电压低：光电二极管在正向偏置时的工作电压一般较低，通常在几伏至十几伏之间。
这使得光电二极管可以通过低电压驱动，降低了能耗，提高了电路的稳定性。
6. 结构简单、体积小：光电二极管的结构相对简单，通常由一个PN结构组成。
这使得光电二极管的制造成本较低，便于大规模生产。
此外，光电二极管的体积小，重量轻，便于集成和嵌入到各种设备中。
光电二极管作为光电转换器件，具有高转换效率、高灵敏度和快速响应等特点，被广泛应用于各个领域。
在通信领域，光电二极管用于接收和发送光信号，实现光纤通信。
在光测量领域，光电二极管用于测量光强、光谱分析和光学检测等。
在光控制领域，光电二极管可以用于光敏开关、光敏电路等。
此外，光电二极管还广泛应用于光电传感器、光电显示器、太阳能电池等领域。
光电二极管具有高效、快速、灵敏、稳定等特点，是一种重要的光电转换器件。
光电二极管 三极管基本特性和主要参数
光电二极管三极管基本特性和主要参数光电二极管基本特性和主要参数类别：显示与光电①电压·电流特性。
光电二极管的电压—电流特性在无光照时，它的特性与一般二极管一样。
受光后，它的特性曲线沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照强度成正比例。
特性曲线在第三象限时，表达了管子在加有反向电压并受光照时的反向特性。
此特性表明：a．反向电流随入射光照度的增加而增大，在一定的反向电压范围内，反向电流的大小几乎与反向电压高低无关。
b．在入射照度一定时，光电二极管相当于一个恒流源，其输出电压与负载电阻增大而升高。
如只R1～>R2，则输出电压URl>Uc，其中URl=Uc—Ul，UR2=Uc—U2。
特性曲线在第四象限时，它呈光电池特性，光照强度越大，负载电阻越小，电流越大。
即R1>R2时，则I2>I1。
②反向工作电压UR。
在无光照时，光电二极管中反向电流≤0．2—0．31μA时，允许的最高反向电压一般不大于10V，最高可达50V。
③暗电流ID。
在无光照时，加一定反向电压时的反向漏电流与暗电流。
通常在50V反压下的暗电流小于100nA。
④光电流IL。
在受到一定光照及一定反压条件下，流过管子的电流为光电流。
一般光电流为几十μA，并且与照度成线性关系。
⑤光谱响应特性。
硅光电二极管的光谱范围为400～1100nm，其峰值波长为880～900nm，这与GaAs红外发光二极管的波长相匹配，可获得较高的传输效率。
光电三极管的特性类别：显示与光电光电三极管也是靠光的照射量来控制电流的器件。
它可等效看作一个光电二极管与一只晶体三极管的结合，所以它具有放大作用。
其最常用的材料是硅，一般仅引出集电极和发射极，其外形与发光二极管一样(也有引出基极的光电三极管，它常作温度补偿用)。
它的光谱范围与光电二极管相同。
(1)输出特性其输出特性与一般晶体三极管特性相同，差别仅在于参变量不同：三极管的参变量为基极电流，而光电三极管的参变量是入射的光照度。
光电二极管的物理特性和应用研究
光电二极管的物理特性和应用研究光电二极管是一个重要的光电转换器件，可以将光信号转化为电信号或电信号转化为光信号。
光电二极管中的电子通过光激发来转换为电荷，形成电流输出。
光电二极管具有高响应速度、高灵敏度、小体积和低功耗等特点，是现代通信和光电领域中不可或缺的元器件之一。
光电二极管有两种类型：正向偏置和反向偏置。
正向偏置光电二极管可以输出直流电流信号，而反向偏置光电二极管则可以输出脉冲电信号。
正向偏置光电二极管是信号检测和面板照明的常见元件，而反向偏置光电二极管则主要应用于高速通信、雷达和光电计算机等领域。
在实际应用过程中，光电二极管的物理特性对其性能和应用有着很大的影响。
首先，光电二极管的响应速度是其最重要的特性之一。
它取决于光电二极管的结构和材料特性，以及光辐照的强度、波长和时间特性等。
响应速度越快，光电转换的效率越高，适用范围也就越广。
其次，光电二极管的灵敏度是另一个十分重要的特性。
它指的是单位光功率引起的单位电流输出。
灵敏度越高，表示光电转换的效率越高，对于光照弱的场合有着更好的应用价值。
因此，研究光电二极管的灵敏度特性对其性能优化和推广应用具有很大的意义。
除了物理特性之外，光电二极管的应用领域也非常广泛。
一般来说，光电二极管被广泛应用于通信、光信号检测、面板照明、安全监控和能源异构系统等领域。
例如，在通信应用中，光电二极管可以使用在调制解调器、激光器和接收器中。
此外，在单光子计数和霍尔效应测量中，也需要使用光电二极管。
在面板照明领域，光电二极管可以应用于暗场实验与调试、背光源、环境照明和光学检测中。
其中，背光源技术已经成为了当前液晶显示技术的主流之一。
光电二极管可以把电能转换为光能，为LCD平板显示设备提供高效节能的背光源。
在安全监控领域，光电二极管可以应用于白天和夜间视频监控，以及基于红外光的夜视和人脸识别。
由于光电二极管对红外辐射很敏感，因此常用于夜视和红外探测。
总体来说，光电二极管是一种功能强大的光电转换器件。
光电二极管的物理特性与工艺研究
光电二极管的物理特性与工艺研究光电二极管，简称LED，是一种半导体器件，具有化学稳定性好、能耗低、寿命长等特点。
其原理是电子在半导体晶体中跃迁时，释放出能量形成光线，将电能转化为光能。
在现代科技应用中，LED被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
一、光电二极管的物理特性1. 发光原理：光电二极管是基于半导体PN结的原理工作的。
PN结是一种半导体结构，由正负两种半导体材料组成，能够使电子与空穴在结区域内重复复合并释放光子而发出光线。
2. 发光机制： LED在通电时，由于P区和N区的掺杂不同，造成了能带的差异。
电子从N区经过PN结跨越到P区，此时电子与空穴发生复合，能量释放出来，产生光辐射。
3. 光谱特性：LED灯泡的颜色主要由发光二极管的材质决定。
不同的材质发出的光线颜色也不同。
例如，蓝色光由蓝色LED发射，绿色光由绿色LED发射，红色光由红色LED发射。
4. 驱动电流：光电二极管的驱动电流大小与稳定性对LED的发光效果有着重要影响。
太小的电流无法使LED发光，而过大的电流则会让LED热失效。
二、光电二极管的工艺研究1. 衬底的选择：光电二极管制作一般采用单晶硅、蓝宝石与碳化硅等不同的衬底。
衬底的物理特性对于光电二极管的性能具有直接影响。
如：蓝宝石衬底的热处理会使 LED 的发光效果更好，而单晶硅更适合进行晶体生长。
2. 阴极材料的选择：光电二极管的阴极部分需要使用照亮发光二极管的外部结构，常采用银等可反射材料，增强光透过率，从而提高了LED的亮度与效率。
3. 制备光电二极管的工艺：光电二极管制备的化学反应涉及多个步骤。
例如，通过金属有机分子热分解法来制备氧化铝膜；利用化学气相沉积法制备氮化硼晶体等。
4. 熔融等离子体技术：熔融等离子体技术是光电二极管的新制备工艺，可以减少耗能与材料浪费，提高了 LED 的制作效率与产量。
三、市场前景及发展趋势目前，LED制作技术与市场应用已经非常成熟，市场规模逐年扩大。
光电二极管的特性及应用
光电二极管的特性及应用光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件，是光电转换技术中的重要组成部分。
它具有许多独特的特性和广泛的应用，对于现代科技的发展起着重要的推动作用。
首先，光电二极管具有高灵敏度。
在光照条件下，光电二极管可以产生大量的电流。
这是因为当光照射到光电二极管的表面时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，产生电流。
因此，光电二极管可以实现对光的高度敏感，可被广泛应用于光电测量、光电传感等领域。
其次，光电二极管具有快速响应的特性。
由于光电二极管中的载流子迁移速度较快，所以其响应速度也相对较高。
在应用中，光电二极管可以实时检测到光的变化，并迅速输出相应的电信号。
这使得光电二极管在通信、光功率检测等领域有广泛的应用。
另外，光电二极管具有宽波长范围的特性。
不同类型的光电二极管对不同波长的光都具有一定的响应能力。
例如，硅制的光电二极管对可见光和近红外光具有良好的响应，而铟铍镓制的光电二极管则对中红外光具有较高的敏感度。
这使得光电二极管在光谱分析、光学传感等领域有着广泛的应用前景。
除了以上的特性，光电二极管还具有小尺寸、稳定性好和耐冲击等优点。
由于其结构简单、体积小巧，因此可以方便地集成到各种光学仪器中。
而且，光电二极管的工作稳定性较好，能够长时间保持其性能。
此外，光电二极管的响应时间短，对于快速变化的光信号也能够准确检测。
这些特点使得光电二极管在医学检测、光学通信、遥感测量等领域广泛应用，极大地推动了相关技术的发展。
在光电二极管的应用中，光电检测是其中最重要的一项。
光电检测主要是通过光电二极管对光信号的响应来实现对物体特性的检测和测量。
例如，在工业生产中，利用光电二极管可以实现对产品尺寸、颜色等参数的检测，从而提高生产效率和质量。
在安防监控领域，光电二极管可用于人体和物体的检测，实现智能监控和报警系统。
此外，光电二极管还可以应用于光学相机、光电耦合器件、光通信设备等众多领域。
光电二极管的特性及应用无疑为现代科技的发展提供了强大的支持。
光电二极管
护环的结构
· 保护环低掺杂，曲率半径足够大 · 保证雪崩击穿均匀地发生在中心 区的PN结内；较高击穿电压。
P
P+
P
N/i
N+
APD器件特性
• 性能表征：量子效率、响应速度、增益、噪声等 • 增益 电子的直流倍增因子：
以上公式基于假设电离率与位置无关，当电子和空穴电离率相等时，倍 增因子变为：
击穿条件： 雪崩光敏二极管的反向偏压略低于击穿电压，其光电流增 益为10~100
②射频相移器的选择开关：
• 射频信号的相移 器可以采用不同长度 的传输线来实现， pin 结二极管能够作为选 择这些传输线的开关 使用。
③光电探测器：
• 在 pin 结中，因 为有内建电场的区域 （i 型层）较宽，则使 得入射光几乎能完全 被 i 型 层所吸收、和 转变为光生载流子， 因而 pin 结二极管作 为光电探测器使用时， 可以获得较大 的探测 灵敏度。
APD--拉-通结构
• 低-高-低APD： p p n
实际工艺中，低高低结构形成窄P区是很困难的
APD--拉-通结构
• 高-低APD: n p p
该器件结构在大直径硅片上更易制造，
通过离子注入或者扩散，杂质分布可
以得到很好的控制，对于涂有抗反膜 的器件，在0.8um波长附近可以得到
异质结APD
优点 ：
1，吸收-窄禁带，倍 增 -宽 禁 带 ， 避 免 强 电场引起的隧道电流； 防止边缘击穿 2，倍增区做的足够 薄，进一步降低噪声。
APD应用
• APD的增益带宽积可以大于300GHz，可以对微波频率调制光发生响 应。
• 由于雪崩光敏二极管的灵敏度高，响应快，因此常被用于光纤通信和 光磁盘的受光装置来处理弱光信号。
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
1 简介
简介 物理过程 光电流推导 应用拓展 特性相关
光电二极管主要工作在反偏情况下。 无光照时，反向饱和电流很小。有光照射PN结时，流过PN结 的电流随着光照强度的增加而增加。 可见，光电二极管可以把光信号转化成电信号。
2 物理过程
简介 物理过程 光电流推导 应用拓展 特性相关
概述
无光照时 在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。在
应用拓展 特性相关
4 应用拓展
简介 物理过程
一、微型光电池 主要利用的是光生伏特效应。
光电流推导
应用拓展 特性相关
示意图如上所示。 光照激发产生的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷 的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的 P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个 向外的可测试的电压。
光电二极管
1 简介
简介 物理过程 光电流推导 应用拓展 特性相关
光电二极管和普通二极管一样，是由一个PN结组成的半导 体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元 件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
光电二极管多采用单晶硅和单晶锗作为基础材料，其中硅 光电二极管的应用更为广泛。
光电二极管中的PN结多为单边突变结。同时，结面积较大 ，这是为了增大光的吸收面积。
暗电流 在光电导模式下，当不接受光照时，通过光电二极管的电
流被定义为暗电流。当光电二极管被用作精密的光功率测量时 ，暗电流产生的误差必须认真考虑并加以校正。
等效噪声功率 等效噪声功率是指能够产生光电流所需的最小光功率，与1
赫兹时的噪声功率均方根值相等。等效噪声功率大约等于光电 二极管的最小可探测输入功率。
5 特性相关
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
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》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。
光电二极管
雪崩增益随反向偏压变化的非线性十分突出，反向偏压越高， 雪崩增益越大。要得到足够的增益，必须在接近击穿电压下工作， 而击穿电压对温度很敏感。
三、雪崩光电二极管结构
光线通信在0.85um波段常用的APD有拉通型（RAPD）和保护环形
（GAPD）两种。
GAPD具有高灵敏度，但它的雪崩增益随偏压变化的非线性十分突出。
光电二极管
6.3.1 光电二级管的原理和特性 6.3.2 PIN光电二极管 6.3.3 雪崩光电二极管 6.3.4 光电三极管
6.3.1 光电二级管的原理及结构
光电二极管的原理为光生伏特效应，光生伏特效应就是半导体吸收光 能后在pn结上产生光电电动势效应。
光生伏特效应的三个主要物理过程： 1.半导体材料吸收光能，能来不小于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光 子的能量而跃迁到导带上，产生自由电子-空穴对（称为光生载流子）。
电流与集电极电流之和，即
I=（1+ ）Ib
二、光电三极管的特性
（1）输出电流较大。能达到毫安数量级。
（2）线性差。原因主要是由于电流放大倍数的非线性导致的。
（3）频响低。截至频率和集电极的电阻有关。硅管的截止频率约为10kHz，锗管的截止频率 约为5kHz。
（4）温度系数差。温度升高时，暗电流增大，光电流也增大，温度系数比光电二极管差。
7.光电效率
常用响应度和量子效率来衡量光电检测器件的光电转换效率。
一、PIN光电二极管的原理和结构
光电二极管的结构中，耗尽层的厚度影响到光电二极管的量子效率和频率响应特性， 耗尽层的范围越宽，量子效率越高，响应频率越快。耗尽层的宽度与p型和n型半导体中 的掺杂浓度有关，在相同的反向偏压下，掺杂浓度越低，耗尽层就越宽。因此，在p型和 n型半导体之间，通过插入本证半导体，使耗尽层浓度增大，就形成了PIN型光电二极管。 优点： 1.减少了光生载流子在扩散过程中的复合，提高了 量子效率。同时减小了慢电流，提高了频响特性。 2.高电阻使暗电流明显减少，光生电子—空穴被i区 的强电场分离，并做快速漂移运动，有利于提高光 电二级管的频率响应特性。 3.i区的引入显著加大了耗尽层厚度，减小了结电容。
(雷亮)光电技术实验--光电二极管特性、光纤传感器、PSD
实验一光电二极管特性实验实验原理:光电二极管又叫光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。
无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。
当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
光敏二极管结构见图9-1。
光电二极管结构实验仪器：CSY10G型实验仪实验所需部件:光敏二极管、稳压电源、负载电阻、遮光罩、光源、电压表(自备4 1/2位万用表).、微安表、（照度计，自备或另购）实验步骤:光电二极管测量电路图1伏安特性:光电二极管两端所加的电压与光电流之间的关系。
按照图8-2分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并采用蓝色LED光源照明，照度值值必须为同一个数值(用照度计测量)，该值可自己选取，选定后记录下来，为lux。
于是测得不同偏压时光电流变化的情况。
将所测得的结果填入表格。
2光电特性：光电二极管的光电特性在一定的电压作用下，光电二极管的光电流与照射光通量的关系为光电特性见图所示。
调动蓝色LED有四个不同的发光照度值(用照度计测量)并记录下来，再测出对应的电二极管的电流值，注意此时光电二极管必须为同一个偏压数值，记录为_________V。
将所测数据记入下表：3、光谱特性：几种光电二极管的光谱特性用不同的材料制成的光电二极管有着不同的光谱特性，见图光电二极管的光谱特性曲线。
当不同波长的入射光照到光电二极管的光敏面上，光电二极管就有不同的灵敏度。
实验中用不同波长的LED（红、黄、绿、蓝、橙白）作为光源，在保证这些LED光源出射的照度值不变(此照度值可自己选定，选定后记录为_____________lux)，并且保证光电二极管偏压不变(此偏压值可自己选定，选定后记录为_____________V)情况下，测得不同偏压时光电流变化的情况，将测得的数据记入下表，此为光电二极管的光谱特性曲线：实验二光纤传感器实验光纤位移传感器原理实验原理:本实验仪中所用的为传光型光纤传感器,光纤在传感器中起到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。
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
个人收集整理-ZQ
光电二极管
随着科学技术地发展，在信号传输和存储等环节中，越来越多地应用光信号.采用光电子系统地突出优点是，抗干扰能力较强、传送信息量大、传输耗损小且工作可靠.光电二极管是光电子系统地电子器件.
光电二极管地结构与结二极管类似，管壳上地一个玻璃窗口能接收外部地光照.这种器件地结在反向偏置状态下运行，它地反向电流随光照强度地增加而上升.图()是光电二极管地代表符号，图()是它地等效电路，而图()则是它地特性曲线.光电二极管地主要特点是，它地反向电流与照度成正比，其灵敏度地典型值为数量级.
1 / 1。
光电二极管结构特点与符号_光电转换原理
光电二极管结构特点与符号光电转换原理
光电二极管又称光敏二极管，它是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点.
图光电二极管
．结构特点与符号
光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电地非线性半导体器件，但在结构上有其特殊地地方.
光敏二极管在电路中地符号如图所示.光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极.
．光电转换原理
根据结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态.此时，如果无光照射结，则因本征激发产生地电子空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流.当有光照射结时，结内将产生附加地大量电子空穴对（称之为光生载流子,使流过结地电流随着光照强度地增加而剧增，此时地反向
电流称为光电流.不同波长地光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管地不同区域被吸收形成光电流.被表面型扩散层所吸收地主要是波长较短地兰光，在这一区域，因光照产生地光生载流子（电子）一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向区，形成部分光电流；波长较长地红光，将透过型层在耗尽层激发出电子空穴对，这些新生地电子和空穴载流子也会在结电场作用下,分别到达区和区,形成光电流.波长更长地红外光，将透过型层和耗尽层，直接被区吸收.在区内因光照产生地光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向区，形成光电流.因此，光照射时，流过结地光电流应是三部分光电流之和.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中北大学课程设计说明书学生姓名：张路路学号：0805014115学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目：光电传感器实验方案的设计与实践——光电二极管特性指导教师：程耀瑜职称: 教授指导教师：李永红职称: 讲师2012年1月4日中北大学课程设计任务书11/12 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：张路路学号：0805014115 课程设计题目：光电传感器实验方案的设计与实践——光电二极管特性起迄日期：2011年12月19日~2012年1月6日课程设计地点：主楼1318室，513教研室指导教师：程耀瑜李永红系主任：程耀瑜下达任务书日期: 2011年12月19日课程设计任务书课程设计任务书目录：实验目的 (1)实验内容 (1)实验仪器 (1)实验原理 (1)注意事项 (4)实验步骤 (5)实验结果 (12)实验总结 (15)参考文献 (15)光电二极管特性测试实验一、实验目的1、学习光电二极管的基本工作原理；2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法，并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量；3、通过学习，能够对其他光伏器件有所了解。
二、实验内容1、光电二极管暗电流测试实验2、光电二极管伏安特性测试实验3、光电二极管光照特性测试实验4、光电二极管时间特性测试实验5、光电二极管光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电二极管综合实验仪 1个2、光通路组件 1套3、光照度计 1个4、电源线 1根5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根7、三相电源线 1根8、实验指导书 1本四、实验原理1、概述随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。
光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。
光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。
从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。
从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。
不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。
例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。
这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。
又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。
因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。
光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。
与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。
光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。
按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。
光敏二极管的工作原理是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。
2、光电二极管的工作原理光生伏特效应：光生伏特效应是一种内光电效应。
光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照射这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。
这种现象是最重要的一类光生伏特效应。
均匀半导体体内没有内建电场，当光照射时，因眼光生载流子浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动，且电子和空穴的迁移率不相等，使两种载流子扩散速度的不同从而导致两种电荷分开，而出现光生电势。
这种现象称为丹倍效应。
此外，如果存在外加磁场，也可使得扩散中的两种载流子向相反方向偏转，从而产生光生电势。
通常把丹倍效应和光磁电效应成为体积光生伏特效应。
光电二极管和光电三极管即为光电伏特器件。
光敏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。
我们知道，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PN结时，只要光子能量h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，它们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN结，使反向电流明显增大。
如果入射光的照度变化，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。
3、光电二极管的基本特性（1）暗电流光电二极管在一定偏压，当没有光照的情况下，即黑暗环境中，所测得的电流值即为光电二极管的暗电流。
（2）光电流光电二极管在一定偏压，当有光电照的情况下，所测得的电流值即为光电二极管在某特定光照下的光电流。
（3）光照特性光电二极管在一定偏压下，当入射光的强度发生变化，通过光电二极管的电流随之变化，即为光电二极管的光照特性。
反向偏压工作状态下，在外加电压E 和负载电阻RL的很大变化范围内，光电流与入照光功率均具有很好的线性关系；在无偏压工作状态下，只有RL较小时光电流与入照光功率成正比，RL增大时光电流与光功率呈非线性关系。
图2 光电二极管的光照特性（4）伏安特性在一定光照条件下，光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。
光电二极管的伏安特性的数学表达式如下：I=I0[1－exp (qV/kT)]＋IL其中I0是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负），q为电子电荷，k为波耳兹常数，T为PN结的温度，单位为K，IL 为无偏压状态下光照时的短路电流，它与光照时的光功率成正比。
(光电二极管的伏安特性如下图所示)123I c (m A )V(V)图3 光电二极管的伏安特性曲线（5）时间响应特性光敏晶体管受调制光照射时，相对灵敏度与调制频率的关系称为频率特性。
减少负载电阻能提高响应频率，但输出降低。
实验证明，光电器件的信号的产生和消失不能随着光强改变而立刻变化，会有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。
即当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出升到稳定值或下降到照射前的值所需时间称为响应时间。
为衡量其长短，常用时间常数τ的大小来表示。
当用一个辐射脉冲光电探测器，如果这个脉冲的上升和下降时间很短，如方波，则光电探测器的输出由于器件的惰性而有延迟，把从10%上升到90%峰值处所需的时间称为探测器的上升时间，而把从90%下降到10%所需的时间称为下降时间。
（6）光谱特性一般光电二极管的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下，光电二极管在一定偏压下所产生光电流与入射光波长之间的关系。
一般用相对响应表示，实验中光电二极管的响应范围为400~1100nm ，峰值波长为800~900nm ，由于实验仪器所提供的波长范围为400~650nm ，因此，实验所测出的光谱响应曲线呈上升趋势。
五、注意事项1、当电压表和电流表显示为“1＿”是说明超过量程，应更换为合适量程；2、连线之前保证电源关闭。
3、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关，这样会造成实验所测试的数据不准确。
4、光电二极管偏压不要接反。
六、实验步骤下面的实验内容为光电二极管的实验内容，实验之前请拆卸结构件，将光电二极管结构件装入对应光器件插座中。
1、光电二极管暗电流测试实验装置原理框图如图4所示，但是在实际操作过程中，光电二极管的暗电流非常小，只有nA数量级。
这样，实验操作过程中，对电流表的要求较高，本实验中，采用电路中串联大电阻的方法，将图4中的RL改为1M，再利用欧姆定律计算出支路中的电流即为所测器件的暗电流，如图4所示。
RLI/V暗图4（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
（2）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”，将拨位开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。
（3）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。
（4）将电压表直接与电源两端相连（5）按图4所示的电路连接电路图，负载RL选择RL=1M。
（6）打开电源开关，调节电源电压，并将电流表与电压表读数记入下表。
(注:在测试暗电流时,应先将光电器件置于黑暗环境中30分钟以上,否则测试过程中电压表需一段时间后才可稳定)（7）实验完毕，直流电源调至最小,关闭电源，拆除所有连线。
电源电压（V）暗电流（mA）2、光电二极管光电流测试实验装置原理图如图5所示。
图5（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
（2）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。
（3）按图5连接电路图， RL取RL4=1K欧。
（4）打开电源,缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为300lx（约为环境光照），缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为6V，请出此时电流表的读数，即为光电二极管在偏压6V，光照300lx时的光电流。
（5）实验完毕，将光照度调至最小，直流电源调至最小，关闭电源，拆除所有连线。
3、光电二极管光照特性实验装置原理框图如图5所示。
（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
（2）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。
（3）按图5所示的电路连接电路图，负载RL选择RL4=1K欧。
（4）将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。
打开电源，调节直流电源电位器，直到显示值为8V左右，顺时针调节光照度调节电位器，增大光照度值，分别记下不同照度下对应的光生电流值，填入下表。