《涨知识啦20》之PIN型光电探测器基本原理的介绍

《涨知识啦20》---PIN型光电探测器基本原理

大家好，本周给大家带来的是《涨知识啦》系列内容：PIN型光电探测器的基本原理。众所周知，PIN二极管是由一层本征（或低掺杂）层夹在重掺杂的P层和N层之间所组成的三层结构器件，如下图所示。其中，金属表面打开了一个窗口用来接收探测光源，同时，减薄顶部的半导体区域有利于降低该层对光源的吸收，合理地设计i层的宽度有助于获得所需要的特征响应。

由于i层为轻掺杂，在零偏压或低的反偏电压下，该层处于完全耗尽的状态；鉴于两侧均为重掺杂区，因此器件的空间电荷区主要集中在i层中，具体如下图所示。从图中可以看出，耗尽区主要集中在中间i层中，且该层中电场ε近似为常数。由此看来，两侧重掺杂区的少数载流子扩散长度相对要小，所以PIN型光电二极管中大部分的光电流主要是由中间耗尽区产生的光生载流子组成。

PIN型光电二极管是使用最广泛的光电探测器之一，其优点在于i层具有显著的设计空间。例如，通过控制i层的宽度等于待测波长吸收系数的倒数，可以实现器件对该波段的最大响应。由于大部分的光电流在i区中产生，所以其频率响应速度比传统的PN结光电探测器要大得多。在耗尽的i区中，强电场ε的存在使得光生载流子高效、迅速的分离、收集，以此获得高频率响应，具体可参考如下公式，其中WI是i区宽度，vsat是饱和速度。

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