利用半導體P-N結的內光電效應把光信號轉�?yōu)殡娦盘柕墓馄�?。光纖通信用的半導體光檢測器有半導體光電二極管(P-N結或PIN)和半導體雪崩光電二極管(APD);光電子集成中也用肖特基勢壘或光晶體管。它們都具有體積小、靈敏度�、響應速度快和噪聲較低等優(yōu)��
在P-N結間由于載流子的擴散作用形成寬為W的耗盡�,并產生圖示方向的內建電�。如將P-N結部連接,由于耗盡層內缺乏載流�,外電路中無電流。這時用適當波長的光去照射,則在外電路中產生相應的電流—光生電�。圖�1-b)表示P-N結的能帶圖,在光照射下價帶Ev中的電子吸收光子躍遷到導帶民,在價帶留下了空穴(這種在光作用下產生的載流子叫光生載流子)。它們在耗盡層內在內建電場作用下作漂移運�;在耗盡區(qū)外先靠擴散作用進入耗盡層,再做漂移運動,這樣就在外電路中形成反向電流,即光生電流。這種由于光的照射而產生電流的效應叫光電效應。另有在耗盡層中產生的光生載流子才能有效地形成光生電�,因而為提高光電轉換的效�,需使耗盡層加寬。光電二極管加反向偏壓工�,就是為此目��
PIN光電二極管是在P層和N層之間加了較寬的近于本征半導體的輕摻雜I�,在反向偏壓作用下,其中載流子被掃清,使其耗盡層大大加�,因而其光電轉換效率比P-N結光電二極管大為提高�
APD光電二極�,即雪崩光電二極管是有增益的光電器件,其增益由雪崩倍增效應產生。APD管工作時反偏壓很�,光生載流子在耗盡層的高電場區(qū)獲得很大的動能,產生雪崩式碰�,使光電流獲得了雪崩倍增�
特性①響應度R和量子效率η:響應度R,表明將光功率轉換為電流的能�,是波長λ的函數:R(λ)≡I/P,P為輸入的光功率,I為輸出的光電�;量子效率η的含意為平均每個光子所能激�(fā)的載流子�,�(λ)�,式中e為電子電荷,hγ為入射光子能�。R和η之間的關系為,式中M為APD的倍增因子。對無倍增器件M=l;②光譜響應:是R(λ)隨入射光波長變化的特�,R(λ)降到峰值一半對應的波長,長波側稱長波限(取決于材料的帶隙),短波側稱短波限(取決于吸收系數的陡增);③噪聲等效功率:NEP≡P/(),式中S為有用信號電�,N為噪聲電�,△f為接收機帶寬,④暗電流:無光照時,器件在工作點的電流。它是直流噪聲的主要來源,它包括擴散電流,耗盡層的復合電流,隧道電流及表面漏電�;⑤脈沖響應時間:指對瞬變光信號的響應能�,包括脈沖上升時間τr和脈沖下降時間τf。如果檢測器的響應速度跟不上光信號的變�,輸出的光電流將隨著調制頻率的提高而減小。其它還有伏安特�、溫度特性及退化特性等�
�0.8�0.9μm波段,硅APD已具有接近理想的性能。在1.3�1.55μm波段,使用的三種光檢測器的比較見表所�。這些器件的性能都尚未達到完善的地步。大�1.6μm波段,可使用AlGaSb(鋁鎵銻�/GaSb(鎵銻化物),HgCdTe/CdTe的光檢測器�
維庫電子�,電子知識,一查百��
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