半導體光檢測器

半導體光檢測器第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院2§1.光檢測器（photodetector）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；有兩種：半導體PIN光電二極管（PIN-PD）；

半導體雪崩光電二極管（APD-PD）；都是光伏型-結(jié)型二極管。組合：場效應管（FET）；

PIN-FET；

APD-FET；

第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院3§2.半導體PN結(jié)的光電效應未加電壓的p-n結(jié)—耗盡層（勢壘區(qū)）。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院4§2.半導體PN結(jié)的光電效應(續(xù)）光照→hf≥Eg（光吸收）→電子受激躍遷第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院5§2.半導體PN結(jié)的光電效應(續(xù)）漂移運動：耗盡層內(nèi)在內(nèi)建電場作用下，空穴→P區(qū)；電子→N區(qū)；在PN結(jié)邊緣被收集。擴散運動：耗盡層邊緣，P區(qū)光生電子→N區(qū)；N區(qū)光生空穴→P區(qū)；少數(shù)載流子被多數(shù)載流子復合。光生伏特效應：P區(qū)過?？昭ǚe累+；N區(qū)過剩電子積累-；外電路產(chǎn)生光電流（耗盡層內(nèi)也產(chǎn)生光生伏特效應）。第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院6§2.半導體PN結(jié)的光電效應(續(xù)）光吸收區(qū)：吸收入射光子并產(chǎn)生光生載流子的區(qū)域；作用區(qū)：耗盡層兩側(cè)載流子擴散長度；在作用區(qū)內(nèi)，光生少數(shù)載流子的擴散速度較慢，影響光生伏特效應，光電響應速度慢。第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院7§2.半導體PN結(jié)的光電效應(續(xù)）加寬耗盡層，盡量吸收入射光子；負偏壓有助于加寬耗盡層，與內(nèi)建電場方向一致，加強了漂移運動，載流子向兩極運動，并被中和；減小P區(qū)和N區(qū)的厚度來減小載流子的擴散時間，降低半導體的摻雜濃度來加寬耗盡層；第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院8§3.半導體PIN光電二極管PIN光電二極管：本征半導體或低摻雜半導體（I層）；P層和I層形成PN結(jié)，I層有較高的電阻，電壓基本上落在I層，使得耗盡層加寬；耗盡層寬度與響應速度和量子效率矛盾，要進行優(yōu)化。第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院9§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院10§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院11§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院12§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）幾種制作光檢測器的半導體材料吸收系數(shù)隨波長的變化情況第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院13§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院14§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）光電二極管可視為電流源，Cd為結(jié)電容，Rs為串聯(lián)電阻，Rl為跨接電阻；光電二極管的響應速度由電容Cd和負載電阻決定，一般廠家給出負載電阻為50時的響應曲線。第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院15§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院16§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院17§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院18§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院19§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院20§3.半導體PIN光電二極管(續(xù)）第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院21§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）碰撞電離：反向偏壓增加→耗盡層電場增加→光生載流子加速→與半導體晶格碰撞→原子電離；雪崩倍增效應：多次碰撞電離→載流子迅速增加→電流迅速增加；第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院22§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）耗盡層被拉通到P區(qū)，I區(qū)電場較弱；NP區(qū)電場較強，雪崩區(qū)較窄，不能充分吸收光子；耗盡區(qū)較寬可充分吸收光子；提高了光電轉(zhuǎn)換效率。第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院23§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院24§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院25§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院26§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院27§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院28§4.PN結(jié)雪崩二極管(APD）(續(xù)）第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院295.光電探測器特性第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院30§6.PIN-FET第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院31§7.光發(fā)射機第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院32§8.光接收機第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院33§8.光接收機(續(xù)）第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學電子信息學院34§8.光接收機(續(xù)）第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日00-10-10武漢大學