在前面的文章中我們介紹了光模塊的基本結(jié)構(gòu)，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我們接著介紹ROSA光器件的光電探測器。

光模塊接收端能正確識別信號并完成光電轉(zhuǎn)換，就需要光電探測器，光電探測器通過檢測出照射在其上面的光功率，從而并完成光/電信號的轉(zhuǎn)換。我們常用的PIN光電二極管和APD(雪崩)光電二極管就屬于光電探測器。要說探測器，就必須說說探測器基本的結(jié)構(gòu)PN結(jié)。

PN結(jié)

PN結(jié)，指的將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體的基片上，在這兩個(gè)半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)。我們先看看什么是P型和N型半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體：含有較高濃度的“空穴”(空穴相當(dāng)于正電荷)，所以是Positive的P，成為能導(dǎo)電的物質(zhì)；?

N型半導(dǎo)體：含電子濃度較高的半導(dǎo)體，導(dǎo)電性由自由電子導(dǎo)電，由于電子帶負(fù)電，所以是Negative的N。

因此，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，從而形成空穴和電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致一些電子從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，一些空穴又從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。最終的結(jié)果就是在PN交匯處形成空間電荷區(qū)電場(內(nèi)電場，從N指向P)，也稱之為PN結(jié)(缺少“多子”也叫耗盡層)。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

在這里說明一下內(nèi)部電場，這個(gè)電場的形成就導(dǎo)致了載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，一是N區(qū)的載流子空穴向P區(qū)漂移，另外是P區(qū)的載流子電子向N區(qū)漂移。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

因此，單純的PN二極管的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)只發(fā)生在PN結(jié)附近，遠(yuǎn)離PN結(jié)的地方就沒有電場存在，這也是為什么PN二極管的光電變換效率低下以及響應(yīng)速度也很慢。

PIN光管二極管

為了解決這個(gè)問題，提高轉(zhuǎn)換效率和響應(yīng)速率，通過在P型和N型半導(dǎo)體之間增加?一層輕摻雜的N型材料I(Intrinsic，本征的)層，以展寬耗盡層，提高轉(zhuǎn)換效率，這是因?yàn)檩p摻雜I層，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò)散后就可以形成一個(gè)很寬的耗盡層。這就是我們的PIN光電二極管。

PIN光電二極管

原理：

(1)光子照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生光生載流子；

(2)光電流在外部電路作用下形成電信號并輸出。

APD雪崩光管二極管

在前面的文章中我們說到，APD雪崩光電二極管具有較高的接收機(jī)靈敏度，這個(gè)較高靈敏度靠的就是對初級的電光流進(jìn)行雪崩倍增效果。說到雪崩，估計(jì)大家腦海中的第一印象就是大雪山發(fā)生雪崩，其實(shí)也是同樣的道理，高山上的一點(diǎn)雪發(fā)生碰撞，從上而下一路累積，雪團(tuán)越來越大，最后形成雪崩。

從這里我們可以看出，要發(fā)生雪崩，必須具備一個(gè)條件就是山要足夠的高。因此，雪崩光電二極管也就是在PIN光電二極管的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中增加了雪崩區(qū)。使得光生載流子在其耗盡區(qū)(高場區(qū))內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)激發(fā)出新的電子-空穴對，新產(chǎn)生的載流子通過電場加速，導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，一生二，二生三，三生萬物，從而獲得光生電流的雪崩倍增。

APD雪崩光電二極管

原理：

(1)光子照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生光生載流子；

(2)光生載流子在雪崩區(qū)即高電場區(qū)發(fā)生雪崩倍增；

(3)光電流在外部電路作用下形成電信號并輸出。

寫在最后，實(shí)際工作或工程項(xiàng)目中，我們可能更多的是關(guān)注光電探測器的某些重要指標(biāo)，比如說接收機(jī)靈敏度和過載點(diǎn)，這些指標(biāo)我們下次再聊。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的光电转换模块_光模块：PIN光电二极管和APD光电二极管的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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