光電(diàn)二極管基礎(chǔ)知識

更(gēng)新時(shí)間：2026-07-27

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光電二極管(guǎn)基礎知識

什(shí)麼是(shì)光(guāng)電二極(jí)管(guǎn)

光電二極管是一(yī)種接(jiē)收光的元件，當(dāng)光綫被(bèi)照射時，微(wēi)小(xiǎo)電(diàn)流以(yǐ)恒(héng)定方(fāng)向流(liú)動。

當光(guāng)照射到半導體(tǐ)結處(chǔ)時，會(huì)產生(shēng)內部光(guāng)電效應，利(lì)用(yòng)電子(zǐ)激發和電流(liú)流(liú)動的(dí)特(tè)性來檢(jiǎn)測輻照(zhào)光的(dí)強度。由於其在光接收(shōu)檢測(cè)上具有很高的(dí)精度，因(yīn)此在光學通(tōng)信(xìn)設(shè)備(bèi)中(zhōng)尤為必要。

此外，它還集成(chéng)到醫療(liáo)設(shè)備(bèi)中(zhōng)，如(rú)氣(qì)體濃度(dù)測量(liáng)。二(èr)極管結構主(zhǔ)要包(bāo)括PN結(jié)，PIN結(jié)和(hé)雪(xuě)崩類(lèi)型(xíng)，每(měi)種(zhǒng)結(jié)構(gòu)具有(yǒu)不同的靈(líng)敏度(dù)和(hé)響應(yīng)時間(jiān)。

光電二(èr)極管的應(yīng)用(yòng)

光電(diàn)二(èr)極管(guǎn)的(dí)典型應(yīng)用包括CD/DVD播(bō)放器(qì)的(dí)拾(shí)取點(diǎn)，電(diàn)視遙(yáo)控器(qì)和(hé)光通信(xìn)。特(tè)別是(shì)具(jù)有高光敏(mǐn)度的PIN結(jié)類(lèi)型(xíng)廣泛(fàn)應用(yòng)於光學(xué)通信(xìn)係(xì)統，同時(shí)也廣(guǎng)泛(fàn)應(yīng)用(yòng)於各(gè)種應用。

在光(guāng)電二極(jí)管(guǎn)的三(sān)種(zhǒng)結構中，這是使用廣泛的類型。它也被(bèi)用(yòng)於(yú)斷層掃描(miáo)和X光(guāng)機(jī)等醫療器械(xiè)中。

光電二(èr)極管(guǎn)原(yuán)理

光(guāng)電二(èr)極管(guǎn)利(lì)用一種(zhǒng)物理現象，當(dāng)光照射到器件上(shàng)時(shí)，半導體結處(chǔ)的電(diàn)子被(bèi)激發(fā)，通(tōng)過(guò)測(cè)量電(diàn)流可以檢測到光的(dí)量。

由(yóu)於可探測(cè)光的(dí)波長取決(jué)於(yú)二(èr)極管材(cái)料，因此必(bì)須根(gēn)據(jù)預期(qī)的波長應用來(lái)選(xuǎn)擇(zé)。主要使(shǐ)用(yòng)的材(cái)料(liào)是矽(guī)，鍺和硫(liú)化(huà)鉛(qiān)。

1. PN鍵合類型

當(dāng)光照(zhào)射(shè)到耗盡層（標誌P型和N型半導(dǎo)體的分(fēn)界）時(shí)，電子向N型半導體流(liú)動(dòng)，而P型(xíng)半(bàn)導體中電(diàn)子運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生(shēng)空穴。當(dāng)光被(bèi)照(zhào)射(shè)時，電子和空(kōng)穴的流(liú)動(dòng)會發生，因此(cǐ)電(diàn)子流動被檢測(cè)為電(diàn)流，但其響(xiǎng)應速度較慢(màn)。

2. PIN鍵合(hé)類(lèi)型(xíng)

由於背景噪(zào)聲(shēng)（也(yě)稱為暗電流）很(hěn)小，它(tā)是光電二極管(guǎn)廣泛(fàn)使用(yòng)的結(jié)構(gòu)。 P型(xíng)半(bàn)導體，I型半(bàn)導(dǎo)體和(hé)N型半(bàn)導體依次連(lián)接(jiē)。

通過對(duì)I型半導(dǎo)體段施加反(fǎn)向偏置(zhì)電壓(yā)，激發電子(zǐ)順暢流(liú)入N型半(bàn)導體，從而(ér)提(tí)高響(xiǎng)應速度(dù)。

3. 雪(xuě)崩(bēng)節類型

一個(gè)顯著特征是P型半導體(tǐ)層(céng)從電(diàn)極位置依(yī)次劃(huá)分(fēn)為p+層(céng)，p層(céng)和(hé)p層。得益於其雪崩(bēng)（電子雪(xuě)崩）放(fàng)大功(gōng)能，它具有(yǒu)極其微(wēi)弱(ruò)的光(guāng)綫(xiàn)檢測(cè)並(bìng)具(jù)有超高速響應的特性。通(tōng)常會(huì)施加高(gāo)電(diàn)壓(yā)，稱(chēng)為APD。

關(guān)於光(guāng)電二極管的(dí)其他(tā)信息

1. 光(guāng)電(diàn)二極管的應用(yòng)電路

當兩個(gè)電(diàn)極都開(kāi)路時，光電二極(jí)對(duì)溫度高(gāo)度依賴，在短路中光(guāng)與(yǔ)電流的關(guān)係(xì)非綫(xiàn)性，難(nán)以直接應(yīng)用於應(yīng)用。因(yīn)此，對(duì)於測量亮(liàng)度(dù)的亮(liàng)度計(jì)或曝光儀等應用(yòng)，采用一種電路配(pèi)置：光(guāng)電二極管(guǎn)陰(yīn)極連(lián)接到(dào)運算放(fàng)大器的反相(xiāng)輸(shū)入端，陽極連接到非(fēi)反(fǎn)相(xiāng)端，並(bìng)在(zài)運算放大(dà)器的輸出(chū)端(duān)和反相(xiāng)輸入(rù)端(duān)之間(jiān)插(chā)入(rù)反饋(kuì)電阻Rf。

在該電(diàn)路(lù)中，短路(lù)電流為(wéi)×返回(huí)電(diàn)阻(zǔ)Rf，對應(yīng)光(guāng)強(qiáng)，成為運算放大器(qì)的輸(shū)出電壓（反相輸入端(duān)的(dí)參(cān)考電壓(yā)），光(guāng)電(diàn)二極管兩端（陽極與陰(yīn)極(jí)之(zhī)間）電(diàn)壓為0V，相當於(yú)兩端(duān)短(duǎn)路（虛(xū)短(duǎn)路）。

因(yīn)此，由於短路電流 S 與光的強度成正(zhèng)比(bǐ)，運算放大(dà)器(qì)的(dí)輸出(chū)電(diàn)壓可以表(biǎo)示為光的(dí)強(qiáng)度。在實際(jì)電(diàn)路(lù)中(zhōng)，連接(jiē)一(yī)個(gè)電(diàn)容(róng)Cf以補(bǔ)償(cháng)光(guāng)電二極管電容引(yǐn)起的響應延遲(chí)，從而加快(kuài)響(xiǎng)應(yīng)速度(dù)。

2. 光(guāng)電(diàn)二極(jí)管的(dí)光譜(pǔ)敏感特性

矽光(guāng)電二極管輸出(chū)電(diàn)流至320nm至1100nm的(dí)光波(bō)段，但在800nm至1000nm的近紅(hóng)外(wài)範圍表現為特(tè)別高的靈敏(mǐn)度(dù)。人類(lèi)可(kě)見光(guāng)範(fàn)圍為380nm~720nm，靈敏度峰值約為(wéi)550nm，因(yīn)此(cǐ)其(qí)光(guāng)譜靈敏(mǐn)度特性(xìng)不(bù)同(tóng)於矽(guī)光(guāng)電二(èr)極管。

因(yīn)此，矽光(guāng)電二極管(guǎn)的輸出(chū)不能僅(jǐn)僅(jǐn)作為(wéi)亮度(dù)來處(chǔ)理(lǐ)。例如，在(zài)近紅(hóng)外(wài)輻(fú)射(shè)豐(fēng)富的(dí)環境中，矽(guī)光電(diàn)二(èr)極管(guǎn)的輸出(chū)會增(zēng)加(jiā)，但由(yóu)於(yú)人(rén)眼看不見(jiàn)，所以(yǐ)感(gǎn)覺(jué)不(bù)到(dào)亮度。

因此(cǐ)，作(zuò)為(wéi)傳感器如(rú)光度計使用時(shí)，必(bì)須(xū)將人眼(yǎn)的靈敏(mǐn)度(dù)特性(xìng)與矽(guī)光電(diàn)二(èr)極管(guǎn)的光譜靈敏(mǐn)度匹配。在這(zhè)種(zhǒng)情況(kuàng)下(xià)，在(zài)矽光電二(èr)極管表麵(miàn)安裝了(liǎo)視覺感光(guāng)校正(zhèng)濾(lǜ)波(bō)器(qì)。

此外，鍺和鍺(zhě)砷(shēn)也用(yòng)於矽(guī)以(yǐ)外的波長應(yīng)用(yòng)。這(zhè)是因(yīn)為帶隙(xì)能(néng)量會(huì)隨材料(liào)性質值(zhí)變化(huà)，特別(bié)是InGaAs適用於(yú)波長超(chāo)過1微(wēi)米的應用。

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