光模块:PIN光电二极管和APD光电二极管

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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差,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。最终的结果就是在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。buck电路图
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 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;
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(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,最后形成雪崩。
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玻璃钢蓄水池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。
8418模具钢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;
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(3)光电流在外部电路作⽤下形成电信号并输出。

本文发布于:2023-06-15 03:41:19,感谢您对本站的认可!

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标签:雪崩   半导体   电场   形成   探测器
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