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[光敏二极管]光敏二极管是用了什么材料
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[光敏二极管]光敏二极管是用了什么材料

日期:2023-05-16

在 PIN 光敏二极管中,一层弱掺杂半导体“i”夹在对光子透明的 p 和 n 半导体层之间。“i”区在势垒极化下被强烈耗尽。在这个区域,有一个强电场,增加了光子吸收产生的载流子。区域“i”连同两侧的扩散区域占据很大的尺寸 d,光子产生的大部分载流子加入电流,量子效率 η 上升。位置“i”的长度是增加性能 η 和增加载流子流动时间之间的权衡,这会降低光电二极管的工作带宽。pin 二极管的产品选择对其正常工作很重要。制造“i”层的材料应该吸收来自特定波长带的光子。价带和导带之间的能量空间宽度 Eg= (EC-EV) 应略小于吸收光子的能量。


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光敏二极管一、流线型结构

上面显示了 PIN 光敏二极管的流线型结构。当光电二极管为负极化且未点亮时,光敏二极管电路中会流过一个小暗电流 IS,类似于 pn 二极管。“i”区存在强电场,可以快速消除光子吸收过程中产生的电子和空穴。PIN 光敏二极管的灵敏度级别可以通过该关系得到很好的解释。上面的关系中引入了两个因素。因子(1-R)表示来自光电二极管半导体材料表面积的光子表示结果的影响。表示效应会大大降低 RFD 的灵敏度值。因此,在几种样式中,光电二极管表面区域使用了独特的抗反射层,以匹配真空和半导体材料的波阻抗。当使用抗反射层涂层时,量子效率增加。


光敏二极管二、灵敏度

第二个因素 (1-e-αd) 解释了并非所有光子都被吸收在“i”层中的事实,这表明灵敏度显着降低。增加“i”层的厚度 d 可提高灵敏度水平,但会增加载流子流动时间,从而限制光电二极管的工作带宽。光辐射通过光纤馈送到光电二极管。输送结构可以多种方式制成。光信号几乎无损地流入 InGaAs 层,在该层中会产生电子空穴组。光敏二极管还可以从对面增亮。在这里,输出电信号直接馈入微波微带线。这种补救措施用于宽带光接收器。还构建了独特的光电二极管结构,其中“p”和“n”层以布拉格镜的形式制成,类似于 VCSEL 表面耗尽激光器中的结构。布拉格反射镜之间的光子吸收“i”层是一种强大的结构。因此,光电二极管最终成为一种选择性器件,有利于特定波长 λ。


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光敏二极管三、光链路

在雪崩光敏二极管中,pin 二极管结构中引入了一个额外的“p”区。对于势垒极化,通常为数十伏,该区域存在强大的电场。在此区域中流动的电子被加速,获得能量并产生连续的电子-空穴对。碰撞电离、雪崩倍增的过程发生,结果二极管电流增加许多倍(M 倍)。二极管电流随着 U 的增加呈指数增加,直到雪崩击穿。典型的、实际可实现的 M 值最高可达 100。雪崩二极管最初因其高灵敏度价值而被方便地用于光链路。尽管如此,它们的缺点实际上大大限制了它们的应用。雪崩光电二极管的负面影响包括:大极化电压,工作带宽减少约 √,灵敏度提高百倍,工作数据传输减少十倍,灵敏度对温度水平的强烈依赖性,


光敏二极管四、简化结构

此外还证明,由于雪崩二极管增加了大噪声,使用晶体管放大器更容易获得光接收器的适当灵敏度水平。因此,雪崩光敏二极管仅用于独特的光链路系统。雪崩光电二极管的工作示意图。(A) 具有电流倍增 p 区的雪崩光电二极管的简化结构。(B) 势垒极化的电场分布。(C) 平面雪崩光敏二极管的结构。


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