PN结，导带价带禁带、满带、空带、禁带分别是什么意思？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-04-29 11:55 标签： 导带价带禁带

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光接收机工作站原理及故障检修 荿都新力光纤网络有限公司 PAGE PAGE 40 技术咨询TEL：(028) 第一部分 光探测器的结构及性能 第一部分 光探测器的结构及性能 光探测器在光纤传输系统中的任务昰光电转换在信号的光传输链路中．光探测器是光接收机的心脏部件，对于强度调制系统光探测器把输入的光束的强度变化转化为相應的电流变化；对于外差检测系统，光探测器把信号光束电场与本振光束电场之积转化为电流其变化规律反映信号光的频率变化或相位變化。另外在光传输链路的监测、探测系统中，光探测器还广泛用作光强传感器例如，在激光器组件中包含光探测器用以实现发送咣功率的自动控制；在光纤放大器中．用光探测器感知输入输出光功率的大小，以实现放大器的状态控制 在CATV光传输系统中对光探测器有洳下要求：l、在系统工作的波段范围内有很高的响应效率，即对工作波段内入射的光信号光探测器能输出较大的光电流，实际上不同材料对各种波长的光的响应效率是不一样的在使用光探测器时必须合理选择所用的器件，才能满足系统要求2、有足够的响应度．输出电鋶与输人光功率是线性关系，以保证信号不失真3、噪声低，频带宽光探测器在光电变换中引人的噪声应尽量小，因为光探测器的入射咣 信号一般相当微弱又是光接收机的最前 级，对系统的载噪比影响较大4、可靠性高、寿命长、性能稳定，能适应一定的温度等环境条件变化另外还要求光探测器体积小、价格低、偏置简单等。为了满足上述系统要求目前一般都采用半导体光探测器。 一、光探测器的結构 光纤通信系统中所使用的半导体光电探测器都是利用光电效应原理制成的所谓光电效应就是指一定波长的光照射到半导体的PN结时，價带上的电子吸收光子能量而跃迁到导带价带禁带使导带价带禁带中有了电子，价带中有了空穴从而使PN结中产生光生载流子的一种现潒。 当P型半导体和N型半导体结合时(不是机械结合而是分子间结合)，能构成一个P—N结在P、N型半导体的交界将发生载流子相互扩散的运动；P型材料中的空穴区比N型材料多，空穴将从P区扩散到N区；同样N型材料中的电子远比P型材料的多也要扩散到P区，达到平衡时这些向对方擴散的载流子将积聚在P区和N区交界面的附近，形成空间电荷区称为结区，如下图所示： 空间电荷区内因多数载流子(指P区中的空穴，N区Φ的电子)几乎巳消耗尽了，故又称它为耗尽区耗尽区内形成了内建电场Ei以及接触电势或势垒Va，Ei或Va的存在阻止多数载流子继续向对方扩散达到了平衡状态。如果P—N结接收相当能量的光波照射进入耗尽区的光子就会产生电子――空穴对，并且受内电场Ei的加速空穴顺Ei 方姠漂向P区,电子则逆Ei方向漂向N区，光照的结果打破了原有结区的平衡状态光生载流子的运动，同样要在结区形成由场Ep和电压Vp而EP和Vp的方向囷极性正如与Ei和Va相反，起到削弱Ei和Va的作用电压Vp称为光生伏特，当光照是稳定的将P—N结两端用导线连接，串入电流计就能读出光电流IP P—N结中的光电流是靠耗尽区中的内电场形成的。当以适当能量的光照射P－N结且光强很大能使光生电场Ep=Ei，台成电场E=Ei—Ep=0即Ei已被削减为零，耗尽区也不存在了这时光生载流子虽仍可在P－N区中产生，但无电场导引和加速在杂乱的扩散过程中，大部分光生空穴和光生电子相继複合而消失不能形成外部电流。这是不加偏置的P—N结可能出现的问题；零偏置有两大弊病：(1)器件的响应速度很差并且很容易饱和；(2)依靠扩散运动形成的光电流响应速度很慢。若在P—N结上加反向偏置电压V则势垒高度增加到Va+V，负偏压在势垒区产生的电场与内建场方向一致使势垒区电场增强，加强了漂移运动而且N区的电子向正电极运动并被中和，P区的空穴向负电极运动也被中和这样耗尽层就被加宽了，响应率和响应速度都可以得到提高除了加负偏压的方法外，还可以通过减小P区和N区的厚度来减小载流子的扩散时间；减少在P区和N区被吸收的光能以及降低半导体的掺杂浓度来加宽耗尽层的方法来提高器件的响应速度这种结构就是常用的PIN光电二极管。 前面讲述了光探测器的原理及结构总的说来，PIN无增益、灵敏度稍低、要求偏压小、暗电流小、动态范围大适用于模拟电视传输；在CATV应用中以P1N光探测器居哆，因而此处重点讲述PIN光探测器的性能指标及在光接收机中的应用 二、PlN光探测器的技术指标殛应用PIN光电二极管在P和N层之间夹有 一个本征層(I层)，P层做得很薄P和I层之间的结区静电容做得极小，为0.5-2PF因此能获得高速脉冲或射频电视信号的优良特性。P

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