雪崩式光电二极管原理 雪崩光电二极管原理图

半导体雪崩光电二极管的工作原理

当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。人们初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态；在此以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。

雪崩式光电二极管原理 雪崩光电二极管原理图

雪崩光电二极管利用什么原理使检测灵敏度提高

光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点。 光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,光敏二极管截止。当光线照射PN结时，光敏二极管导通。光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。常见的有2CU、2DU等系列。 光敏二极管是一种光电转换器件，其基本原理是光照到PN结上时，吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型，其中用得多的是PN结型，价格便宜。.光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。它由光控三极管和35集成电路两部分组成。图中光敏三极管T1和晶体三极管T2，电阻R1、R2、R3和电容C1、C2等构成光控开关电路。集成电路IC及三极管T3、电阻R4、R5等构成放大电路。平常在光源照射下，T1呈低阻状态，T2饱和导通，IC触发端3脚得不到正触发脉冲而不工作，扬声器无声。当T1被物体遮挡时，便产生一负脉冲电压，并通过C1耦合到T2的基极，导致T2进入截止状态，IC获得一正触发脉冲而工作，输出音频通过T3放大，推动扬声器发出声响 这个估计需要详细的说明才弄的了去硬之城看看吧或许有人会。

光电二极管的工作原理

光电二极管的工作原理如下:

当用光照射PN结时，共价键被电离。这会产生空穴和电子对。由于电子-空穴对的产生而产生光电流。当能量超过1.1eV的光子撞击二极管时，就会形成电子空穴对。当光子进入二极管的耗尽区时，它以高能量撞击原子。这导致电子从原子结构中释放。电子释放后，产生自由电子和空穴。

当用光照射PN结时，共价键被电离。这会产生空穴和电子对。由于电子-空穴对的产生而产生光电流。当能量超过1.1eV的光子撞击二极管时，就会形成电子空穴对。当光子进入二极管的耗尽区时，它以高能量撞击原子。这导致电子从原子结构中释放。电子释放后，产生自由电子和空穴。

光电二极管的工作模式:

（1）光伏模式。

（2）光电导模式。

（3）雪崩二极管模式。

这也称为零偏置模式。当光电二极管工作在低频应用和超强光应用中时，这种模式是。当光电二极管受到闪光的照射时，就会产生电压。产生的电压将具有非常小的动态范围并且具有非线性特性。当光电二极管在这种模式下配置OP-AMP时，温度变化会非常小。

2.光电导模式。

在这种模式下，光电二极管将在反向偏置条件下工作。阴极为正极，阳极为负极。当反向电压增加时，耗尽层的宽度也增加。因此，响应时间和结电容将减少。相比之下，这种操作模式速度快，并且会产生电子噪声。

跨阻放大器用作光电二极管的前置放大器。这种放大器的模式保持电压保持恒定，使光电二极管工作在光电导模式。

PIN光电二极管与雪崩光电二极管的工作原理与特点。

PIN: 光敏面接收对应波长的光照时，产生光生电流；

雪崩光电二极管（APD）：除了和PIN相同部分外，多了一个雪崩增益区，光生电流会被放大，

放大的倍数称为雪崩增益系数。当然同时也会产生噪声电流。

光模块：PIN光电二极管和APD光电二极管

光电探测器。

光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD（雪崩）光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。

PN结

PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。

P型半导体：含有较高浓度的“空穴”（空穴相当于正电荷），所以是Positive的P，成为能导电的物质；

N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。

因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场（内电场，从N指向P），也称之为PN结（缺少“多子”也叫耗尽层）。

（图片来源于网络）

在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。

（图片来源于网络）

因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。

PIN光管二极管

为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料 I （Intrinsic，本征的）层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。

PIN光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

APD雪崩光管二极管

在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，后形成雪崩。

从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。

APD雪崩光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；

（3）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。