光電二極管原理

普通二極管在反向電壓作用時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計(jì)和制作時(shí)盡量使PN結(jié)的面積相對較大，以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，成為光電傳感器件。

光電二極管的工作原理

光電二極管是將光信號轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號的特殊二極管，它與常規(guī)二極管結(jié)構(gòu)上基本相似，都具有一個PN結(jié)，但光電二極管在設(shè)計(jì)和制作時(shí)盡量使PN結(jié)的面積相對較大，以便接收入射光。

其基本原理是當(dāng)光照在二極管上時(shí)，被吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能。光電二極管工作在反向電壓作用下，只通過微弱的電流（一般小于0.1微安），稱為暗電流，有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的電子，使有些電子掙脫共價(jià)鍵，而產(chǎn)生電子-空穴對，稱為光生載流子，因?yàn)楣馍d流子的數(shù)目是有限的，而光照前多子的數(shù)目遠(yuǎn)大于光生載流子的數(shù)目，所以光生載流子對多子的影響是很小的，但少子的數(shù)目少有比較大的影響，這就是為什么光電二極管是工作在反向電壓下而不是正向電壓下，于是在反向電壓作用下被光生載流子影響而增加的少子參加漂流運(yùn)動，在P區(qū)，光生電子擴(kuò)散到PN結(jié)，如果P區(qū)厚度小于電子擴(kuò)散長度，那么大部分光生電子將能穿過P區(qū)到達(dá)PN結(jié)，在N區(qū)也是相同的道理，也因此光電二極管在制作時(shí)，PN結(jié)的結(jié)深很淺，以促使少子的漂移。

綜上若光的強(qiáng)度越大，反向電流也就越大，這種特性稱為光導(dǎo)電，而這種現(xiàn)象引起的電流稱為光電流?？偟膩碚f光電二極管的工作是一個吸收的過程，它將光的變化轉(zhuǎn)換成反向電流的變化，光照產(chǎn)生電流和暗電流的綜合就是光電流，因此光電二極管的暗電流因盡量最小化來提器件對光的靈敏度，光的強(qiáng)度與光電流成正比，因而就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

PIN光電二極管

光電二極管的PN結(jié)中間摻入一層濃度很低的N型半導(dǎo)體，就可以增大耗盡區(qū)的寬度，達(dá)到減小擴(kuò)散運(yùn)動的影響，提高響應(yīng)速度的目的。由于這一摻入層的摻雜濃度低，近乎本征（Intrinsic）半導(dǎo)體，故稱I層，因此這種結(jié)構(gòu)成為PIN光電二極管。I層較厚，幾乎占據(jù)了整個耗盡區(qū)。絕大部分的入射光在I層內(nèi)被吸收并產(chǎn)生大量的電子-空穴對。在I層兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體，P層和N層很薄，吸收入射光的比例很小。因而光產(chǎn)生電流中漂移分量占了主導(dǎo)地位，這就大大加快了響應(yīng)速度。