eV I Is[exp( kBT ) 1]
j
js
[exp(
eV kBT
)
1]
js
eDp pN 0 Lp
eDn nP 0 Ln
D kBT
e
反向击穿机理： 隧道击穿 雪崩击穿
L D
Page 5
hν
Semiconductor PN Junction
P
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
＋
e
N
p
灵敏度很高（比普通型光电二极管高出30-100倍），响应速度很
快，噪声较大
I
2 n
2e( I s
Ib
Id )G2f
4kBT f Rd
G IG I0
G[1 (1 1)(G 1)2 ] rG
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Heterogenous Junction Photoelectric Diode
异质结光电二极管
Ge:
800~1800 nm
InGaAs: 700~2600 nm
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Photovoltaic Detector
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Photovoltaic Detector
光伏探测器和光电导探测器的比较
– 光无论照在光电导的哪一部分，受光部分的电导率 都增大。只有到达结区附近的光子才能产生光伏效 应。
在P型和N型半导体之间夹着一层相对很厚的本征半导体（I层）。有利 于展宽光电转换有效工作区域，减小暗电流，减小结电容。
响应速度快，使用频带宽，线性输出范围宽，输出电流小。
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硅光电三极管
Silicon Photoelectric Triode
等效于一个光电二极管与一普通三极管基极、集电极并联。输 出电流比同样光照下的光敏二极管输出电流增大b倍。
主要用来探测紫外光。
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PSD位置传感器
PSD Position Transducer
一种对入射到光敏面上的光电位置敏感的光电传感器件，其 输出信号与光点在光敏面上的位置有关。
对光斑形状无严格要求，只与光的能量中心位置有关。
可以忽略不计） 结电容与负载电阻决定的时间常数τc 总响应时间： τ=τn+τc
经过精心设计的硅光伏二极管可以工作在几百兆赫兹的频 率下，甚至更高，这是光电导探测器所不及的。
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Photovoltaic Detector
光伏探测器的光谱特性
GaP: 150~550 nm
Si:
400~1100 nm
Semiconductor PN Junction
Page 2
P
e
N
p
e
p
e
p
e
p
e
p
e
p
e
p
e
p
e
p
第三章 光辐射探测器
Semiconductor PN Junction
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Semiconductor PN Junction
Page 4
Semiconductor PN Junction
灵敏度比光敏二极管高，输出电流大，多为mA量级。
响应时间长。在较强的光照下，光电流与辐射强度不成线性关 系。多用作光电开关元件或光电逻辑元件。
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Avalanche Photoelectric Diode
雪崩型光电二极管（APD)
在结构上类似普通光电二极管，但在高反偏压下工作，利用雪崩 倍增效应使光电流得到放大。
f
I
2 n
2e( I s
Ib
Id )f
4kBT Rd
f
I
2 n
2e( I s
Ib
Id )f
4kBT Rd
f
Rd 很大，探测器自身的热噪声可以忽略。
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Photovoltaic Detector
光伏探测器的频响特性
光生载流子扩散至结区的时间τn 光生载流子在电场作用下通过结区的漂移时间τd（通常
p
－
p
－
p
－
p
－
p
－
p
－
p
－
p
－
－
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Semiconductor PN Junction
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Semiconductor PN Junction
PN结的光电压和光电流
短路电流：
Il
I0 Il
Il
eA(Ln
Lp )n
e
P0
h
'
If
n P Ah
开路电压
V0
kBT e
ln( Il Is
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Silicon Photoelectric Cell
硅光电池
根据光生伏特效应制成的将光能转变成电能的器件， 光电池的基本结构就是一个PN结。
大面积的硅PN结。 光谱响应范围：0.4～1.1 m 响应时间：10－3～10－9 s 价格便宜、光电转换效率高（～10
％）、寿命长、稳定性好、能耐高 能辐射
– 光电导探测器没有极性，工作时必须外加偏压；光 伏探测器有确定的正负极，不需外加偏压也可以把 光信号变为电信号。
– 光电导探测器响应速度慢，频率响应差；光伏探测 器响应速度快，频率响应好。
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Photovoltaic Products
– 硅光电池 – 硅光电二极管 – 硅光电三极管 – PIN光电二极管 – 雪崩型光电二极管（APD） – 异质结光电二极管 – Schottky势垒光电二极管 – PSD位置传感器
1)
Iout
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光伏探测器的伏安特性
RL1>RL2
Photovoltaic Detector
Il
Is
光导模式
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光伏模式
Iout
I Il Is Il
Photovoltaic Detector
光伏探测器的噪声
光伏模式：
无光照：
有光照：
I
2 n
光 4导eI模d 式f ：4kRBdT
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光电二极管
Photoelectric Diode
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Silicon Photoelectric Diode
硅光电二极管
以光导模式工作的结型光伏探测器。总是在反偏压下工作。 频率响应非常好，输出电流普遍较小。
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PIN光电二极管
PIN Photoelectric Diode
异质结是由两种不同的半导体材料形成的PN结。 异质结的禁宽材料具有滤波作用 量子效率高、背景噪声较低，信号比较均匀，高频响应好，可
以有不同的波长响应范围。
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Schottky Barrier Photoelectric Diode
Schottky势垒光电二极管
金属和半导体接触也会形成势垒，叫做Schottky势垒。利 用Schottky势垒所制成的光电二极管就是Schottky势垒光 电二极管，也称为金属半导体光电二极管。可以把它看作 是一个结深为零，表面覆盖着薄而透明（几十Ǻ）金属膜的 PN结。