硅光電二極管具有哪些基本特性

硅光電二極管是最簡單、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN結(jié)硅光電二極管為最基本的光生伏特器件，因其高響應(yīng)速度和低暗電流，結(jié)電容等特性，廣泛應(yīng)用于光電檢測，傳感，安檢等各個(gè)領(lǐng)域。

一、結(jié)構(gòu)

光電二極管可分為兩種結(jié)構(gòu)形式：以P型硅為襯底的2DU型，以N型硅為襯底的2CU型。

圖（a）為2DU型光電二極管的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖（b）為光電二極管的工作原理圖

圖（c）所示為光電二極管的電路符號

2CU型硅光電二極管是用N型硅單晶制作的，根據(jù)外形尺寸的大小它又可分2CU1，2CU-2，2CU3等型號，其中2CU1與2CU2體積較大，2CU3稍小些（見圖1（a））。這種類型的光電二極管多用帶透鏡窗口的金屬管殼封裝，下端有正、負(fù)兩個(gè)電極引線，它們分別與管心中的光敏面（P型層）和N型襯底相連。光線從窗口射入后經(jīng)透鏡聚焦在管心上，由于這種聚光作用增強(qiáng)了光照強(qiáng)度，從而可以產(chǎn)生較大的光電流。

2DU型硅光電二極管是用P型硅單晶制作的，從外形上分有2DUA，2DUB等類型，其中2DUA型管子體積較小些（見圖1（b））。2DU型硅光電二極管目前多采用陶瓷樹脂封裝，入射光的窗口不帶透鏡。這類管子引線共有三條，分別稱作前極、后極、環(huán)極（見圖1（b））。前極即光敏區(qū)（N型區(qū)）的引線;后極為襯底（P型區(qū)）的引線;環(huán)極是為了減小光電管的暗電流和提高管子的穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)的另一電極。光電管的暗電流是指光電二極管在無光照、最高工作電壓下的反向漏電流。我們要求暗電流越小越好，這樣的管子性能穩(wěn)定，同時(shí)對檢測弱光的能力也越強(qiáng)。

二、 基本特性

由光電二極管的電流方程可以得到光電二極管在不同偏置電壓下的輸出特性曲線。

光電二極管的工作區(qū)域應(yīng)在圖的第3象限與第4象限。在光電技術(shù)中常采用重新定義電流與電壓正方向的方法把特性曲線旋轉(zhuǎn)成所示。重新定義的電流與電壓的正方向均以PN結(jié)內(nèi)建電場的方向相同的方向?yàn)檎颉?/p>

（1）光譜響應(yīng)特性

通常將其峰值響應(yīng)波長的電流靈敏度作為光電二極管的電流靈敏度。硅光電二極管的電流響應(yīng)率通常在0.4~05mA/mW。Si光電二極管光譜響應(yīng)范圍：0.4~1.1mm峰值響應(yīng)波長約為0.9 mm

（2）伏安特性

由圖可見，在低反壓下電流隨光電壓變化非常敏感。這是由于反向偏壓增加使耗盡層加寬、結(jié)電場增強(qiáng)，它對于結(jié)區(qū)光的吸收率及光生裁流子的收集效率影響很大。當(dāng)反向偏壓進(jìn)一步增加時(shí)，光生載流子的收集已達(dá)極限，光電流就趨于飽和。這時(shí)，光電流與外加反向偏壓幾乎無關(guān)，而僅取決于入射光功率。

光電二極管在較小負(fù)載電阻下，入射光功率與光電流之間呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。圖示出了在一定的負(fù)偏壓下，光電二極管光電流輸出特性。

（3）頻率響應(yīng)特性

光電二極管的頻率特性響應(yīng)主要由三個(gè)因素決定：

（a）光生載流子在耗盡層附近的擴(kuò)散時(shí)間；

（b）光生載流子在耗盡層內(nèi)的漂移時(shí)間；

（c）與負(fù)載電阻RL并聯(lián)的結(jié)電容Ci所決定的電路時(shí)間常數(shù)。

頻率特性優(yōu)于光電導(dǎo)探測器，適宜于快速變化的光信號探測。