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浅谈PIN雪崩光电二极管建模部分

本站为您提供的浅谈PIN雪崩光电二极管建模部分,本文针对PIN雪崩光电二极管结构的特殊性,以载流子速率方程为基础,通过适当的假设和拟合。

本文首要是关于PIN雪崩光电二极管的相关介绍,期望经过本文能对你有所协助。

光电二极管

一般二极管在反向电压效果时处于截止状况,只能流过弱小的反向电流,光电二极管在规划和制造时尽量使PN结的面积相对较大,以便接纳入射光。光电二极管是在反向电压效果下作业的,没有光照时,反向电流极端弱小,叫暗电流;有光照时,反向电流敏捷增大到几十微安,称为光电流。光的强度越大,反向电流也越大。光的改变引起光电二极管电流改变,这就能够把光信号转化成电信号,成为光电传感器件。

技能参数

1.最高反向作业电压;

2.暗电流;

dark current 也称无照电流光电耦合器的输出特性是指在必定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的联系,当IF=0时,发光二极管不发光,此刻的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。 此外在生理学方面,是指在无光照时视网膜视杆细胞的外段膜上有恰当数量的Na离子通道处于敞开状况,故Na离子进入细胞内,构成一个从外段流向内段的电流,称为暗电流(dark current)。 暗电流是指器材在反偏压条件下,没有入射光时发生的反向直流电流.(它包含晶体资料外表缺点构成的走漏电流和载流子热分散构成的本征暗电流.) 所谓暗电流指的是光伏电池在无光照时,由外电压效果下P-N结内流过的单向电流。 光电倍增管在无辐射效果下的阳极输出电流称为暗电流

3.光电流;

4.灵敏度;

5.结电容;

6.正向压降;

7.呼应度

呼应度是光生电流与发生该事情光功率的比。作业于光导形式时的典型表达为A/W。呼应度也常用量子功率标明,即光生载流子与引起事情光子的比。

8.噪声等效功率

噪声等效功率(NEP)等效于1赫兹带宽内均方根噪声电流所需的最小输入辐射功率,是光电二极管最小可勘探的输入功率。

9.频率呼应特性

光电二极管的频率特性呼应首要由3个要素决议:

a.光生载流子在耗尽层邻近的分散时刻;

b.光生载流子在耗尽层内的漂移时刻;

c.负载电阻与并联电容所决议的电路时刻常数。

光电二极管与光电倍增管比较,具有电流线性杰出、成本低、体积小、重量轻、寿命长、量子功率高(典型值为80%)及无需高电压等长处,且频率特效好,适宜于快速改变的光信号勘探。缺乏是面积小、无内部增益(雪崩光电管的增益可达100~1000,光电倍增管的增益则可达100000000)、灵敏度较低(只要特别规划后才干进行光子计数)以及相应时刻慢,且工艺要求很高。

光电二极管和一般的半导体二极管类似,能够露出(勘探真空紫外)或用窗口封装或由光纤连接来感光。

光电二极管的检测办法

①电阻丈量法

万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10MΩ左右。在无光照状况下,反向电阻为∞时,这管子是好的(反向电阻不是∞时阐明漏电流大);有光照时,反向电阻随光照强度添加而减小,阻值可到达几kΩ或1kΩ以下,则管子是好的;若反向电阻都是∞或为零,则管子是坏的。

②电压丈量法

用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在光照下,其电压与光照强度成份额,一般可达0.2—0.4V。

③短路电流丈量法

用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在白炽灯下(不能用日光灯),跟着光照增强,其电流添加是好的,短路电流可达数十至数百μA。

在实践作业中,有时需求差异是红外发光二极管,仍是红外光电二极管(或者是光电三极管)。其办法是:若管子都是通明树脂封装,则能够从管芯装置外来差异。红外发光二极管管芯下有一个浅盘,而光电二极管和光电三极管则没有;若管子尺度过小或黑色树脂封装的,则可用万用表(置1k挡) 来丈量电阻。用手捏住管子(不让管子受光照),正向电阻为20-40kΩ,而反向电阻大于200kΩ的是红外发光二极管;正反向电阻都挨近∞的是光电三极管;正向电阻在10k左右,反向电阻挨近∞的是光电二极管。

PIN雪崩光电二极管建模

光电勘探器是光纤通信和光电勘探系统中光信号转化的要害器材,是光电集成电路(OEIC)接纳机的重要组成部分.跟着集成电路核算机辅助规划技能的开展,经过树立PIN雪崩光电二极管(APD)的数学模型,并运用核算机对其特性进行剖析和研讨成为OEIC规划中的重要组成部分.现在PIN-APD的等

效电路模型,通常在PSPICE中模仿完成[1,2,4-7]

.这种办法能较好的进行直流、沟通、瞬态剖析.但无法盯梢反映PIN-APD作业进程中载流子和光子的改变,一起建模进程中一些虚拟器材的存在和核算使模型特性呈现差错.本文经过求解反偏PIN结构中各区过剩载流子速率方程,树立数学模型,并对模型参数和器材进行了批改,在Matlab中进行了模仿核算.模仿成果和实践丈量成果符合较好

1 PIN-APD数学模型

为剖析便利,选用图1所示的一维结构

浅谈PIN雪崩光电二极管建模部分

考虑光由N区入射.并假定:①:I区彻底耗尽,即N,P区耗尽层扩展相关于I区的宽度可疏忽;②:I区电场均匀,N,P区电场为零.

要模仿PIN-APD的光电特性,需求研讨各区载流子在电场及输入光效果下的改变及运动状况.设为反偏PIN结构,则各区过剩载流子运动状况核算如下:1.1 N区空穴分散电流

依据漂移-分散理论,N区中的少子首要是分散运动,相应的稳态连续性方程为[8]:

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一起关于反偏的PIN结构,N区过剩载流子速率方程为

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暗电流特性和脉冲呼应特性模仿参数

依据表(1)中的参数,由公式(18),在Matlab中

编程,核算,并制作波形图.

图(2)为PIN-APD管的暗电流特性.在核算暗电流时,因为当反偏压较高时,隧穿电流起首要效果,所以式(19)中的λ取1.图中,实线为模仿成果,"*"为文献报导的试验成果.从图中可见该器材的击穿电压为80.5V.

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图(3)为脉冲呼应特性,输入信号为Gauss形脉冲,脉冲FWHM为10ps,峰值功率为1mW,偏压

为50V,取样电阻为50Ψ,光由P区入射.图中,实线为模仿成果,"*"为文献报导的试验成果.

由图可见,模型的核算成果与试验数据根本共同.

浅谈PIN雪崩光电二极管建模部分

本文针对PIN雪崩光电二极管结构的特殊性,以载流子速率方程为根底,经过恰当的假定和拟合,

把作业进程中的光、电子量及其转化进程彻底用数

学模型表述.在Matlab中对该模型进行了核算、模仿,其成果与试验数据符合较好.标明该模型能比较好地反响器材的特性和猜测器材的功能.该模型可用于直流、沟通、瞬态等剖析.并具有必定的通用性,能够与其它OEIC器材接口运用。

结语

关于PIN雪崩光电二极管建模的相关介绍就到这了,如有缺乏之处欢迎纠正。

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