3.2.4雪崩光电二极管(apd)

扩散型光电二极管 PIN型光电二极管 雪崩光电二极管(APD) 肖特基光电二极管 异质结型光伏器件
3.2.1 光电池
2020/6/25
光敏面
3.2.1 光电池
能提供较大电流的大 面积光电池
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3.2.1 光电池
光电池的基本结构和工作原理
按硅光电池衬底材料的不同可分为2DR型和
2CR型。
照度(lx)
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照度(lx)
3.2.2 硅光电二极管
2 伏安特性
在无光照的条件下，给硅光电二极管加电 压，电流-电压（伏-安）特性，如图中曲线①。 受到光的照射事曲线①会向曲线②的方向移动， 光再变强向曲线③平行移动。
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电流－电压特性
3.2.2 硅光电二极管
光电二极管在大多数Βιβλιοθήκη Baidu合都是加反向偏压工作 的。如果加正向偏压，它就与普通二极管一样，只 具有单向导电性，而表现不出它的光电效应。
dI
d
q
hc
1 ead
光电流(μA)
可知，光电流灵敏度与
材料对光的吸收系数a有关。
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照度(lx)
3.2.2 硅光电二极管
同时，光电流灵敏度与入射光辐射波长λ也 有关系，通常将其峰值波长的电流灵敏度作为光
电二极管的电流灵敏度。 短路电流和光照度的关系 开路电压与光照度的关系
短路电流(μA ) 开路电压(mV)
因此，如要获得大的 光电线性范围，负载电阻 不宜取得过大。
电流密度J/mAmm-2
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照度(lx)
3.2.1 光电池
(2)伏安特性
光电池输出电压、输出电流 和输出功率随负载电阻变化
的关系曲线
硅光电池的伏安特性
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相对输出
3.2.1 光电池
(3)频率特性
硅光电池的频率特性
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3.2.1 光电池
光电池特性
(1)光电特性
光电池开路电压与入射光照度成对数关系，在
弱光情况下短路电流与入射光照度成线性关系。 光电流在弱光照射下与光照度成线性关系。在
光照增加到一定程度后，输出电流达到饱和。
开路电压和短路电流与 开路电压和短路电流与
入射光的照度关系
光电池受光面积的关系
1
I"
等效电路原理图
IS：二极管反向饱和电流，e：电子电荷， K：波耳兹曼常数，T：绝对温度
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3.2.2 硅光电二极管
开放端电压VOC，即I0=0时的输出电压，
其公式表示如下：
VOC
kT e
ln
IL I" IS
1
注意：微弱光检测时，此式关系不成立。
短路电流ISC是当RL=0、V0=0时的输出电流，其
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。
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光电二极管的伏安特性曲线
3.2.2 硅光电二极管
3 暗电流
光电二极管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
3.2.2 硅光电二极管
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。
硅光电二极管的基本结构和工作原理
a) 2DU型光电二极管结构原理 b) 工作原理
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3.2.2 硅光电二极管
根据右图的等效电路可得
出I0的公式：
I0
IL
ID
I"
IL
IS
eVD e kT
公式表示如下：
I SC
IL
I
S
exp
e
I
SC kT
RS
1
I SC RS RSh
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3.2.2 硅光电二极管
光电二极管的基本特性
1 光电特性（光电灵敏度）
光电二极管的电流灵敏度定义为输出电流 与入射到光敏面上辐射通量之比 。
一般有下面的关系式： 硅光电二极管光电特性曲线
Si
3.2 光伏效应探测器件 3.2.1 光电池 3.2.2 硅光电二极管 3.2.3 Si—PIN光电二极管 3.2.4 雪崩光电二极管（APD） 3.2.5 位置灵敏探测器件（PSD） 3.2.6 光电三极管
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常用光伏探测器分类
硅光电池
常用光伏探测器
光电二极管
光电三极管
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感。
暗电流与温度关系曲线
暗电流Id(μA)
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温度 (℃）
3.2.2 硅光电二极管
另外，暗电流也与所加偏压有关。 暗电流与偏压关系曲线
S2551
S2281
暗电流 暗电流
偏压 (v)
闭合的电路中产生输出电流IL，且负载电阻RL上产
生电压降为U。
硅光电池工作原理示意图
PN结获得的偏置电
压U与光电池输出电流IL 及负载电阻RL有关，即
U=ILRL
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3.2.1 光电池
光电池输出电流IL包括光生电流IP、扩散 电流与暗电流等三部分，即
qILR L
IL IP ID (e KT 1)
开路电压(mV) 短路电流(mA) 开路电压(mV) 短路电流(mA)
入射光照度(mW/cm2)
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受光面积(mm2)
3.2.1 光电池
输出电流出现饱和的光照度与负载电阻有关， 负载电阻大时，容易出现饱和，负载电阻小时，能 够在较宽的范围内保持线性关系。
在不同负载电阻下的输出 电流与光照的关系曲线
相对响应度（%）
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波长(μm）
3.2.1 光电池
(5)温度特性
光电池的参数与温度有关，其参数值随环境温 度改变而变化。如图给出了短路电流和开路电压与 温度的关系曲线。
光电池温度特性
温度(℃）
光电池作为探测器件时，应适当采取温度补偿措 施，以保证测量数据的精度。
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开路电压 UOC(mV) 短路电流 ISC(mA)
2DR型硅光电池结构
外形
符号
以P型硅为衬底，然 后在衬底上扩散磷而 形成N型层并将其作 为受光面。
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硅光电池受光面的输出
电极多做成梳齿状或 “E”字型电极，以减小 硅光电池的内电阻。
3.2.1 光电池
当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空
穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在
频率（Hz）
光电池的响应频率受极间电容、内阻以及负载 电阻的限制，一般不会太高，硅光电池的最高截止 频率仅为数千赫。
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3.2.1 光电池
(4)光谱特性
光电池对光的响应表现出选择特性光，其光谱 响应都存在着短波阈、峰值波长和长波阈（红限波 长）。这主要与光电池材料、生长工艺有关。
常见几种硅光池的光谱曲线