图 2。1 光电导的检测器

在图 2。1 中，如果一束光，每个光子的能量 hv 比半导体材料中的原子禁带宽度 Eg 都要大， 而当这束光入射到该材料上时，半导体会因为吸收光子而产生电子空穴对。如果向产生电子空 穴对的半导体施加一个外部电场，那么这些电子空穴对将会在半导体中定向移动，从而产生定 向移动的电流，也即光电流。

一般可以将光电探测器分为两种类型[8]：电导和电压。图 2。1 中的是常见的光电导探测器 的简单模型。如果没有入射光照射，此时半导体中因为缺少电子和空穴，将无法形成较大的电 流。而如果产生入射光照射，半导体则会因光电作用而拥有足够的电子空穴对，引起电导率增 大，同时，电流的大小与入射光功率的大小成比例。对于光电压探测器来说，没有光照时，由 于有内建电场，内部没有电流的流动；如果有光照，光电探测器因为光子的作用，及光电转换 的存在，使得探测器内部拥有电子空穴对，产生电流流动。将 PN 结反向偏置可以得到最简单 的光电压探测器。

如果给 PN 结两端进行反向电压输入，反向输入电压与结内部中的电场同向，所以增强了 PN 结耗尽层的电场大小。如有光照射 PN 结的话，耗尽层的电场较高，光子产生的电子空穴 对将会在电场下运动加速，运动方向则是反向的，在 P 区和 N 区会产生因入射光功率所在的 电流。则反偏置的 PN 结就会一个光电探测器，也叫光电二级管（PD）。随着人们对光电探测 器进一步的究，APD 光电探测器陆和 PIN 光电探测器续出现，并且能更为优越。

2。2 光电二极管的工作原理

一。 PN 光电二极管

如图 2。2 所示是光电二极管的工作原理图，当 P 侧检测到光输入时在光电二极管的 N 区、 P 区和耗尽层都存在吸收光子。光电二极管耗尽层中所产生的电子空穴对会在耗尽层的电场中 向 P 区和 N 区运动，产生光电流。输入的光功率转换成光电流输出。存在时间延迟，延迟时 间决定载流子通过耗尽层的时间长短，满足tr   w / vs ，用 w 表示耗尽层宽的大小，v 表示载流

子漂移速率的平均值。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

图 2。2 光电二极管工作原理

光电二极管中的扩散分量会对光电二极管的响应速度进行限制，因为，耗尽层以外的光子 吸收所造成。耗尽层中最早能检测到电子，是由 P 区产生的电子。其次由于电场的作用，漂移 到 N 区；耗尽层中也能够检测到空穴，这些空穴是 N 区产生的，漂移到 P 区。扩散速度与漂 移速度不完全相同，，因此，扩散运动的时延使得光电二极管瞬态响应失真。在实际应用中， 如果扩散时间比光脉冲的宽度更大时，可以忽略扩散的影响。如果能够减小 P 区和 N 去的宽 度，拓宽耗尽层的宽度，那么耗尽区将会吸收大部分的入射光功率，从而减小了扩散影响。基 于此原理，PIN 光电探测器就得到了研究。

二。 PIN 光电二极管

PN 光电二极管的 PN 结之间加入本征半导体材料，就形成 I 区，从而增加耗尽层的宽度， 削弱了扩散对半导体整体响应速度的影响。由于 I 区的材料几乎接近本征半导体，所以，这种 结构的探测器称为 PIN 光探测器。