【導讀】本文主要是關于PIN雪崩光電二極管的相關介紹，希望通過本文能對你有所幫助。普通二極管在反向電壓作用時處于截止狀態(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設計和制作時盡量使PN結的面積相對較大，以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。
本文主要是關于PIN雪崩光電二極管的相關介紹，希望通過本文能對你有所幫助。
光電二極管
普通二極管在反向電壓作用時處于截止狀態(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設計和制作時盡量使PN結的面積相對較大，以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉換成電信號，成為光電傳感器件。
技術參數
1.最高反向工作電壓；
2.暗電流；
dark current 也稱無照電流光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。 此外在生理學方面，是指在無光照時視網膜視桿細胞的外段膜上有相當數量的Na離子通道處于開放狀態(tài)，故Na離子進入細胞內，形成一個從外段流向內段的電流，稱為暗電流（dark current）。 暗電流是指器件在反偏壓條件下,沒有入射光時產生的反向直流電流.(它包括晶體材料表面缺陷形成的泄漏電流和載流子熱擴散形成的本征暗電流.) 所謂暗電流指的是光伏電池在無光照時，由外電壓作用下P-N結內流過的單向電流。 光電倍增管在無輻射作用下的陽極輸出電流稱為暗電流
3.光電流；
4.靈敏度；
5.結電容；
6.正向壓降；
7.響應度
響應度是光生電流與產生該事件光功率的比。工作于光導模式時的典型表達為A/W。響應度也常用量子效率表示，即光生載流子與引起事件光子的比。
8.噪聲等效功率
噪聲等效功率（NEP）等效于1赫茲帶寬內均方根噪聲電流所需的最小輸入輻射功率，是光電二極管最小可探測的輸入功率。
9.頻率響應特性
光電二極管的頻率特性響應主要由3個因素決定：
a.光生載流子在耗盡層附近的擴散時間；
b.光生載流子在耗盡層內的漂移時間；
c.負載電阻與并聯(lián)電容所決定的電路時間常數。
光電二極管與光電倍增管相比，具有電流線性良好、成本低、體積小、重量輕、壽命長、量子效率高（典型值為80%）及無需高電壓等優(yōu)點，且頻率特效好，適宜于快速變化的光信號探測。不足是面積小、無內部增益（雪崩光電管的增益可達100~1000，光電倍增管的增益則可達100000000）、靈敏度較低（只有特別設計后才能進行光子計數）以及相應時間慢，且工藝要求很高。
光電二極管和一般的半導體二極管相似，可以暴露（探測真空紫外）或用窗口封裝或由光纖連接來感光。
光電二極管的檢測方法
①電阻測量法
用萬用表1k擋。光電二極管正向電阻約10MΩ左右。在無光照情況下，反向電阻為∞時，這管子是好的(反向電阻不是∞時說明漏電流大)；有光照時，反向電阻隨光照強度增加而減小，阻值可達到幾kΩ或1kΩ以下，則管子是好的；若反向電阻都是∞或為零，則管子是壞的。
②電壓測量法
用萬用表1V檔。用紅表筆接光電二極管“+”極，黑表筆接“—”極，在光照下，其電壓與光照強度成比例，一般可達0．2—0．4V。
③短路電流測量法
用萬用表50μA檔。用紅表筆接光電二極管“+”極，黑表筆接“—”極，在白熾燈下(不能用日光燈)，隨著光照增強，其電流增加是好的，短路電流可達數十至數百μA。
在實際工作中，有時需要區(qū)別是紅外發(fā)光二極管，還是紅外光電二極管(或者是光電三極管)。其方法是：若管子都是透明樹脂封裝，則可以從管芯安裝外來區(qū)別。紅外發(fā)光二極管管芯下有一個淺盤，而光電二極管和光電三極管則沒有；若管子尺寸過小或黑色樹脂封裝的，則可用萬用表(置1k擋) 來測量電阻。用手捏住管子(不讓管子受光照)，正向電阻為20-40kΩ，而反向電阻大于200kΩ的是紅外發(fā)光二極管；正反向電阻都接近∞的是光電三極管；正向電阻在10k左右，反向電阻接近∞的是光電二極管。
PIN雪崩光電二極管建模
光電探測器是光纖通信和光電探測系統(tǒng)中光信號轉換的關鍵器件,是光電集成電路(OEIC)接收機的重要組成部分.隨著集成電路計算機輔助設計技術的發(fā)展,通過建立PIN雪崩光電二極管(APD)的數學模型,并利用計算機對其特性進行分析和研究成為OEIC設計中的重要組成部分.目前PIN-APD的等
效電路模型,通常在PSPICE中模擬實現[1,2,4-7]
.這種方法能較好的進行直流、交流、瞬態(tài)分析.但無法跟蹤反映PIN-APD工作過程中載流子和光子的變化,同時建模過程中一些虛擬器件的存在和計算使模型特性出現誤差.本文通過求解反偏PIN結構中各區(qū)過剩載流子速率方程,建立數學模型,并對模型參數和器件進行了修正,在Matlab中進行了模擬計算.模擬結果和實際測量結果吻合較好
1 PIN-APD數學模型
為分析方便，采用圖1所示的一維結構
考慮光由N區(qū)入射.并假設:①:I區(qū)完全耗盡,即N,P區(qū)耗盡層擴展相對于I區(qū)的寬度可忽略;②:I區(qū)電場均勻,N,P區(qū)電場為零.
要模擬PIN-APD的光電特性,需要研究各區(qū)載流子在電場及輸入光作用下的變化及運動情況.設為反偏PIN結構,則各區(qū)過剩載流子運動情況計算如下:1.1 N區(qū)空穴擴散電流
根據漂移-擴散理論,N區(qū)中的少子主要是擴散運動,相應的穩(wěn)態(tài)連續(xù)性方程為[8]:
同時對于反偏的PIN結構,N區(qū)過剩載流子速率方程為
暗電流特性和脈沖響應特性模擬參數
根據表(1)中的參數,由公式(18),在Matlab中
編程,計算,并繪制波形圖.
圖(2)為PIN-APD管的暗電流特性.在計算暗電流時,由于當反偏壓較高時,隧穿電流起主要作用,所以式(19)中的λ取1.圖中,實線為模擬結果,"*"為文獻報道的實驗結果.從圖中可見該器件的擊穿電壓為80.5V.
圖(3)為脈沖響應特性,輸入信號為Gauss形脈沖,脈沖FWHM為10ps,峰值功率為1mW,偏壓
為50V,取樣電阻為50Ψ,光由P區(qū)入射.圖中,實線為模擬結果,"*"為文獻報道的實驗結果.
由圖可見,模型的計算結果與實驗數據基本一致.
本文針對PIN雪崩光電二極管結構的特殊性,以載流子速率方程為基礎,通過適當的假設和擬合,
把工作過程中的光、電子量及其轉化過程完全用數
學模型表述.在Matlab中對該模型進行了計算、模擬,其結果與實驗數據吻合較好.表明該模型能比較好地反應器件的特性和預測器件的性能.該模型可用于直流、交流、瞬態(tài)等分析.并具有一定的通用性,可以與其它OEIC器件接口使用。
結語
關于PIN雪崩光電二極管建模的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。
