《漲知識(shí)啦20》之PIN型光電探測器基本原理的介紹

《漲知識(shí)啦20》---PIN型光電探測器基本原理

大家好，本周給大家?guī)淼氖恰稘q知識(shí)啦》系列內(nèi)容：PIN型光電探測器的基本原理。眾所周知，PIN二極管是由一層本征（或低摻雜）層夾在重?fù)诫s的P層和N層之間所組成的三層結(jié)構(gòu)器件，如下圖所示。其中，金屬表面打開了一個(gè)窗口用來接收探測光源，同時(shí)，減薄頂部的半導(dǎo)體區(qū)域有利于降低該層對(duì)光源的吸收，合理地設(shè)計(jì)i層的寬度有助于獲得所需要的特征響應(yīng)。

由于i層為輕摻雜，在零偏壓或低的反偏電壓下，該層處于完全耗盡的狀態(tài)；鑒于兩側(cè)均為重?fù)诫s區(qū)，因此器件的空間電荷區(qū)主要集中在i層中，具體如下圖所示。從圖中可以看出，耗盡區(qū)主要集中在中間i層中，且該層中電場ε近似為常數(shù)。由此看來，兩側(cè)重?fù)诫s區(qū)的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度相對(duì)要小，所以PIN型光電二極管中大部分的光電流主要是由中間耗盡區(qū)產(chǎn)生的光生載流子組成。

PIN型光電二極管是使用最廣泛的光電探測器之一，其優(yōu)點(diǎn)在于i層具有顯著的設(shè)計(jì)空間。例如，通過控制i層的寬度等于待測波長吸收系數(shù)的倒數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)器件對(duì)該波段的最大響應(yīng)。由于大部分的光電流在i區(qū)中產(chǎn)生，所以其頻率響應(yīng)速度比傳統(tǒng)的PN結(jié)光電探測器要大得多。在耗盡的i區(qū)中，強(qiáng)電場ε的存在使得光生載流子高效、迅速的分離、收集，以此獲得高頻率響應(yīng)，具體可參考如下公式，其中WI是i區(qū)寬度，vsat是飽和速度。

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