《漲知識啦20》---PIN型光電探測器基本原理

大家好，本周給大家帶來的是《漲知識啦》系列內容：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）層夾在重摻雜的P層和N層之間所組成的三層結構器件，如下圖所示。其中，金屬表面打開了一個窗口用來接收探測光源，同時，減薄頂部的半導體區域有利于降低該層對光源的吸收，合理地設計i層的寬度有助于獲得所需要的特征響應。

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；鑒于兩側均為重摻雜區，因此器件的空間電荷區主要集中在i層中，具體如下圖所示。從圖中可以看出，耗盡區主要集中在中間i層中，且該層中電場ε近似為常數。由此看來，兩側重摻雜區的少數載流子擴散長度相對要小，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產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，其優點在于i層具有顯著的設計空間。例如，通過控制i層的寬度等于待測波長吸收系數的倒數，可以實現器件對該波段的最大響應。由于大部分的光電流在i區中產生，所以其頻率響應速度比傳統的PN結光電探測器要大得多。在耗盡的i區中，強電場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，具體可參考如下公式，其中WI是i區寬度，vsat是飽和速度。

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