pn結(jié)光伏探測(cè)器的工作模式.ppt

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1、4.5pn結(jié)光伏探測(cè)器的工作模式利用半導(dǎo)體PN結(jié)光伏效應(yīng)制成的器件稱為光伏器件，也稱結(jié)型光電器件。這類器件品種很多，其中包括各種光電池、光電二極管、光電晶體管、光電場(chǎng)效應(yīng)管、PIN管、雪崩光電二極管、光可控硅、陣列式光電器件、象限式光電器件、位置敏感探測(cè)器（PSD）、光電耦合器件等。和光電導(dǎo)探測(cè)器不同，光伏探測(cè)器的工作特性要復(fù)雜一些。通常有光電池和光電二極管之分，也就是說(shuō)，光伏探測(cè)器有著不同的工作模式。因此在具體討論光伏探測(cè)器的工作特性之前，首先我們必須弄清楚它的工作模式問(wèn)題。1光電轉(zhuǎn)換原理PN結(jié)光伏探測(cè)器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。為了說(shuō)明光功率轉(zhuǎn)換成光電流的關(guān)系，我們?cè)O(shè)想光伏探測(cè)器

2、兩端被短路，并用一理想電流表記錄光照下流過(guò)回路的電流，這個(gè)電流常常稱為短路光電流。光子電極電極耗盡層SiO2p+nn+假定光生電子-空穴對(duì)在結(jié)的結(jié)區(qū)，即耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生。由于內(nèi)電場(chǎng)作用，電子從n區(qū)向p區(qū)漂移運(yùn)動(dòng)，被內(nèi)電場(chǎng)分離的電子和空穴就在外回路中形成電流。EcEFEv光生空穴----++++++-pnxoLpn光子Ei電離受主電離施主光生電子耗盡層-光電導(dǎo)過(guò)程就光電流形成的過(guò)程而言，光伏探測(cè)器和光電導(dǎo)探測(cè)器有十分類似的情況?？梢宰C明：在光伏情況下一個(gè)光生電子—空穴對(duì)對(duì)外回路所貢獻(xiàn)的總電荷量：光伏探測(cè)器的內(nèi)電流增益等于1。光伏探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換關(guān)系為這是和光電導(dǎo)探測(cè)器明顯不同的地方。2

3、光伏探測(cè)器的工作模式一個(gè)PN結(jié)光伏探測(cè)器就等效為一個(gè)普通二極管和一個(gè)恒流源(光電流源)的并聯(lián)，如圖(b)所示。它的工作模式則由外偏壓回路決定。在零偏壓時(shí)(圖(c))，稱為光伏工作模式。當(dāng)外回路采用反偏壓V時(shí)(圖(d))，即外加P端為負(fù)n端為正的電壓時(shí)，稱為光導(dǎo)工作模式。VuiiD(a)(b)(c)(d)i普通二極管的伏安特性為光伏探測(cè)器的總伏安特性應(yīng)為和之和，考慮到二者的流動(dòng)方向，我們有：式中i是流過(guò)探測(cè)器的總電流，e是電子電荷，u是探測(cè)器兩端電壓，kB是玻耳茲曼常數(shù)，T是器件的絕對(duì)溫度。把上式中i和u為縱橫坐標(biāo)作成曲線，就是光伏探測(cè)器的伏安特性曲線。iu第一象限是正偏壓狀態(tài)，

4、iD本來(lái)就很大，所以光電流不起重要作用。作為光電探測(cè)器，工作在這一區(qū)域沒(méi)有意義。第三象限是反偏壓狀態(tài)。這時(shí)iD=iS0，它是普通二極管中的反向飽和電流，現(xiàn)在稱為暗電流(對(duì)應(yīng)于光功率P=0)，數(shù)值很小，這時(shí)的光電流(等于i-iS0)是流過(guò)探測(cè)器的主要電流，這對(duì)應(yīng)于光導(dǎo)工作模式。通常把光導(dǎo)工作模式的光伏探測(cè)器稱為光電二極管，因?yàn)樗耐饣芈诽匦耘c光電導(dǎo)探測(cè)器十分相似。在第四象限中，外偏壓為零。流過(guò)探測(cè)器的電流仍為反向光電流，隨著光功率的不同，出現(xiàn)明顯的非線性。這時(shí)探測(cè)器的輸出是通過(guò)負(fù)載電阻RL上的電壓或流過(guò)RL上的電流來(lái)體現(xiàn)，因此，稱為光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探測(cè)器稱為

5、光電池。應(yīng)特別注意，光電流總是反向電流，而光電流在RL上的電壓降，對(duì)探測(cè)器產(chǎn)生正向偏置稱為自偏壓，當(dāng)然要產(chǎn)生正向電流。最終兩個(gè)電流抵消，伏安曲線中止于橫軸上。