类型的光电二极管

光电二极管主要有两种类型。PIN光电二极管和雪崩光电二极管。

PIN光电二极管

定义:PIN光电二极管是一种可以修改耗尽层厚度以产生大光电流的光电探测器。如果耗尽层的厚度大于，则入射光的表面积也会增加。因此，光电二极管的转换效率提高了很多光电流将生成。

PIN光电二极管的构造

将p型层、本征层和n型层夹在一起形成NI结和PI结。通过离子注入可以获得P+层，本征层是在n型衬底上生长的外延层。n侧的电子和p侧的空穴扩散浓度梯度。

耗尽区形成。耗尽区宽度在本征区较宽，在n型层较窄。p型端子连接电池的负极，n型端子连接电池的正极。

PIN光电二极管工作原理

当反向偏压作用于PIN二极管时，本征区耗尽区宽度开始增加。随着反向电压的增加，其宽度增加更多。当耗尽区宽度与本征层厚度相等时，这一阶段达到。在这一点上，本征层没有移动电荷载流子。

考虑光子通量ⱷ₀与本征层和N型层相比，P+层的宽度很小。光子通量可以定义为距离的函数。

ⱷ(x) =ⱷ₀e^{- - - - - -αx}

这里α是光子吸收系数，x随本征层的宽度而变化。由光子通量产生的光电流密度可由下式表示。

J_l= e^Wƪ₀G_ldx= e^Wƪ₀ⱷ₀e^-αxdx = eⱷ₀(1 - e^{- - - - - -αW})

在这里我_l是光电流密度G_l是电子空穴对从本征层边缘产生的速率。在上式中，假设耗尽区内不存在电子-空穴复合，即完全没有移动载流子。每个被吸收的光子产生一个电子-空穴对。

PIN光电二极管的优缺点

1. 其优点是高频响应，频率响应也大于硫化镉光电探测器。
2. 它价格低廉，响应时间在纳秒内，这使它适用于电子电路。
3. 这些二极管具有广谱响应，甚至可以处理非常微弱的信号。
4. PIN二极管的缺点是工作时需要较大的反向偏置，有时会降低信噪比。

PIN光电二极管的应用

由于其检测微弱信号的能力，它们被用于激光脉冲的检测，在超快开关电路和逻辑电路中。

雪崩光电二极管

定义:雪崩光电二极管是一种光电探测器，在其中由于冲击电离产生更多的电子-空穴对。它就像P-N光电二极管或PIN光电二极管，电子-空穴对产生，由于光子的吸收，但除此之外，这种雪崩光电二极管使用影响电离作用增加光电流幅度的原理。

雪崩光电二极管的构造

它有N+区、P区、本征层和P+区四个区域。N+和P+区掺杂重，本征层掺杂轻。借助下图，可以更清楚地理解它的构造。

雪崩光电二极管工作原理

我们已经在光电二极管和PIN光电二极管中讨论过，光子撞击二极管表面产生光电流。但在雪崩二极管的情况下，一个额外的因素是引入冲击电离，增加光电流几倍。这个附加因子称为雪崩倍增因子。

影响电离作用是一个具有足够高动能的能量载体撞击有界能量载体并将其能量给予有界能量载体，使有界能量载体能够自由运动的过程。这导致更集中的能量载流子，从而更大的规模的电流。

这种冲击注入现象对增加光电流起着重要作用。的电流增益带宽雪崩光电二极管的产品是关于100 GHz。因此，这种类型的光电二极管可以响应微波频率的光调制。

雪崩光电二极管的优缺点

1. 它可以检测非常微弱的信号，由于高的电流增益带宽积。
2. 施工比较复杂，要注意连接处。结应均匀，保护环用于保护二极管不受边缘击穿。

雪崩光电二极管的应用

由于其检测低电平信号的能力，它被用于光纤通信系统中。一个适当设计的硅雪崩光电二极管可以提供大约1ns的响应时间。