光(电)二极管工作性能

一般的pn结光(电)二极管的特点是结构简单、使用方便;但对光的响应速度较慢(由于p-n结电容的影响)，则不能高频使用;而且表面的p+区光吸收作用较强，则光检测灵敏度较低。

为了提高二极管对光的检测灵敏度，可从三个方面来加以改进:

a)采用浅p-n结，以减小光照面中性区对光能的吸收;

b)图中的p+区采用宽禁带宽度的半导体材料(称为窗口材料)，以减小p+区对光能的吸收;

c)增宽p-n结的势垒区宽度，以增大有效作用区。例如，制作成pin结的型式，这就是pin光电二极管(pin-PD)，它在光的检测灵敏度方面要比一般的PD高得多;

d)在pin二极管上加上一个较高的反向电压(接近击穿电压)，使得能够产生载流子的倍增效应，这就可以把微软的光信号加以放大，更加提高了灵敏度。这种光电二极管就是所谓雪崩光电二极管(APD)。现在远距离光通信中广泛使用的光接收器件也就是APD。

当能量≥禁带宽度的光照射到光电二极管上时，即可把半导体满带中的一些电子激发到导带、产生电子-空穴对;然后电子和空穴在势垒区中电场的作用下分别往p-n结两边输运，并形成所谓光生电流(等于势垒区内产生的载流子的漂移电流，再加上势垒区外产生的载流子的扩散电流)。该二极管的有效作用区，应该是p-n结势垒区及其两边的扩散区(一个扩散长度的中性区范围)。

Photo-Diode(PD) 光(电)二极管

实际上，太阳电池、光电池、红外探测器件、辐射探测器件等，在工作原理上也都与光电二极管相同，只是在太阳电池和光电池中是着眼于把光能转变为电能而已。

光电二极管的基本结构就是一个反向偏置的p-n结(见图示)。

光电二极管" 英文通常称为 Photo-Diode

那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接 收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

p-i-n光电二极管, p-i-n Photo-Diode (pin-PD):

这是一种灵敏度比一般p-n结光(电)二极管(PD)要高的光检测二极管，它是针对一般PD的不足、在结构上加以改进而得到的一种光电二极管。

英文缩写:APD(Avalanche Photo Diode)

中文译名:雪崩光电二极管

分类:电信设备

解释:光探测领域中使用的光伏探测器元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生"雪崩"(即光电流成倍地激增)的现象，因此这种二极管被称为"雪崩光电二极管"。

工作原理:碰撞电离和雪崩倍增

一般光电二极管的反偏压在几十伏以下，而APD的反偏压一般在几百伏量级，接近于反向击穿电压。 当APD在高反偏压下工作，势垒区中的电场很强，电子和空穴在势垒区中作漂移运动时得到很大的动能。

它们与势垒区中的晶格原子碰撞产生电离，激发产生的二次电子与空穴在电场下得到加速又碰撞产生新的电子-空穴对，如此继续，形成雪崩倍增效应?。

特点:

(1)提高了光电二极管的灵敏度(具有内部增益102~104)。

(2)响应速度特别快，频带带宽可达100GHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。

常见结构: 图(a)在P型硅基片上扩散杂质浓度大的N+层，制成P型N结构;

图(b)在N型硅基片上扩散杂质浓度大的P+层，制成N型P结构;

图(c)所示为PIN型雪崩光电二极管。