光電二極管原理

普通二極管在反向電壓作用時處于截止狀態(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計和制作時盡量使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，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，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)計和制作時盡量使PN結(jié)的面積相對較大，以便接收入射光。

其基本原理是當光照在二極管上時，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，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的電子，使有些電子掙脫共價鍵，而產(chǎn)生電子-空穴對，稱為光生載流子，因為光生載流子的數(shù)目是有限的，而光照前多子的數(shù)目遠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動，在P區(qū)，光生電子擴散到PN結(jié)，如果P區(qū)厚度小于電子擴散長度，那么大部分光生電子將能穿過P區(qū)到達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，PN結(jié)的結(jié)深很淺，以促使少子的漂移。

綜上若光的強度越大，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。總的來說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，達到減小擴散運動的影響，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。
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