您好,欢迎来到维库 登录 | 免费注册

半导体光检测器
阅读:567时间:2018-04-21 10:04:29

半导体P-N结的内光电效应把光信号转变为电信号的光器件。

目录

简介

  利用半导体P-N结的内光电效应把光信号转变为电信号的光器件。光纤通信用的半导体光检测器有半导体光电二极管(P-N结或PIN)和半导体雪崩光电二极管(APD);光电子集成中也用肖特基势垒或光晶体管。它们都具有体积小、灵敏度高、响应速度快和噪声较低等优点。

原理

  在P-N结间由于载流子的扩散作用形成宽为W的耗尽层,并产生图示方向的内建电场。如将P-N结部连接,由于耗尽层内缺乏载流子,外电路中无电流。这时用适当波长的光去照射,则在外电路中产生相应的电流—光生电流。图(1-b)表示P-N结的能带图,在光照射下价带Ev中的电子吸收光子跃迁到导带民,在价带留下了空穴(这种在光作用下产生的载流子叫光生载流子)。它们在耗尽层内在内建电场作用下作漂移运动;在耗尽区外先靠扩散作用进入耗尽层,再做漂移运动,这样就在外电路中形成反向电流,即光生电流。这种由于光的照射而产生电流的效应叫光电效应。另有在耗尽层中产生的光生载流子才能有效地形成光生电流,因而为提高光电转换的效率,需使耗尽层加宽。光电二极管加反向偏压工作,就是为此目的。
  PIN光电二极管是在P层和N层之间加了较宽的近于本征半导体的轻掺杂I层,在反向偏压作用下,其中载流子被扫清,使其耗尽层大大加宽,因而其光电转换效率比P-N结光电二极管大为提高。
  APD光电二极管,即雪崩光电二极管是有增益的光电器件,其增益由雪崩倍增效应产生。APD管工作时反偏压很高,光生载流子在耗尽层的高电场区获得很大的动能,产生雪崩式碰撞,使光电流获得了雪崩倍增。
  特性①响应度R和量子效率η:响应度R,表明将光功率转换为电流的能力,是波长λ的函数:R(λ)≡I/P,P为输入的光功率,I为输出的光电流;量子效率η的含意为平均每个光子所能激发的载流子数,η(λ)≡,式中e为电子电荷,hγ为入射光子能量。R和η之间的关系为,式中M为APD的倍增因子。对无倍增器件M=l;②光谱响应:是R(λ)随入射光波长变化的特性,R(λ)降到峰值一半对应的波长,长波侧称长波限(取决于材料的带隙),短波侧称短波限(取决于吸收系数的陡增);③噪声等效功率:NEP≡P/(),式中S为有用信号电流,N为噪声电流,△f为接收机带宽,④暗电流:无光照时,器件在工作点的电流。它是直流噪声的主要来源,它包括扩散电流,耗尽层的复合电流,隧道电流及表面漏电流;⑤脉冲响应时间:指对瞬变光信号的响应能力,包括脉冲上升时间τr和脉冲下降时间τf。如果检测器的响应速度跟不上光信号的变化,输出的光电流将随着调制频率的提高而减小。其它还有伏安特性、温度特性及退化特性等。
  在0.8~0.9μm波段,硅APD已具有接近理想的性能。在1.3~1.55μm波段,使用的三种光检测器的比较见表所列。这些器件的性能都尚未达到完善的地步。大于1.6μm波段,可使用AlGaSb(铝镓锑)/GaSb(镓锑化物),HgCdTe/CdTe的光检测器。

维库电子通,电子知识,一查百通!

已收录词条13752