1、实验2-2光电二极管光电特性测试实验目的1、了解光电二极管的工作原理和使用方法；2、掌握光电二极管的光照度特性及其测试方法实验内容1、暗电流测试；2、当光电二极管的偏置电压一定时，光电二极管的输出光电流与入射光的 照度的关系测量。实验仪器1、光电探测原理实验箱1台若干2、连接导线实验原理1、光电二极管结构原理光电二极管的核心部分也是一个 PN结，和普通二极管相比有很多共同之处， 它们都有一个PN结，因此均属于单向导电性的非线性元件。但光电二极管作为 一种光电器件，也有它特殊的地方。例如，光电二极管管壳上的一个玻璃窗口能 接收外部的光照；光电二极管 PN结势垒区很薄，光生载流子的产生主要在PN结
2、两边的扩散区，光电流主要来自扩散电流而不是漂移电流； 又如，为了获得尽 可能大的光电流，PN结面积比普通二极管要大的多，而且通常都以扩散层作为 受光面，因此，受光面上的电极做的很小。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极管浅。图2-2.1为光电二极管外形图（a）、结构简图（b）、符号（c） 和等效电路图（d）。ba图d光电二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图 2-2.2，图中E为反向 偏置电压），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小（一般小于0.1微安），这个反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光 生电子和光生空穴对，称为光生载流子。它
3、们在PN结处的,内电场作用下作定向运动，形成光电流。光的照度越大， 光电流越大。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号。因此光电二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态随着光电子技术的发展，光信号在探测灵敏度、光谱响应范围及频率特性等 方面的要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏探测器，如硅、 锗光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD等。光电二极管目前多采用硅或锗制成，但锗器件暗电流温度系数远大于硅器 件，工艺也不如硅器件成熟，虽然它的响应波长大于硅器件，但实际应用尚不及 后者广泛。下面着重介绍硅光电二极管的结构及工作原理。普通PN结硅光电二极管
4、存在表面漏电流，为了减小表面漏电流，在器件的SiO2表面保护层中间扩散一个环行 PN结，给环行结称 为环极。在有环极的硅光电二极管中，通常有三根引出 线：环极、前极和后极。通常环极接电源正极，后极接 电源负极，前极通过负载接电源正极，如图2-2.3。由于环极电位高于前极在环极形成阻挡层阻止表面漏电 流流过，可使得负载的漏电流很小（小于0.05卩A）。若 不使用环极也可将其断开做为空脚。采用凸透镜有聚因此能够减小杂硅光电二极管的封装可采用平面镜和聚焦透镜作入射窗口 光作用，有利于提高灵敏度。由于聚焦位置与入射光方向有关, 散背景光的干扰，但也引起灵敏度随入射光方向而变化。所以在实际使用中入射 光
5、的对准是值得注意的问题。采用平面镜作窗口，虽然没有对准问题但要受到背 景杂散光的干扰，在具体使用时，视系统的要求而定。2、光电二极管的基本光照特性光电二极管在一定偏压下，当入射光的强度发生变化，通过光电二极管的电 流随之变化，并且光电流和照度成线性关系。当没有光照射时，测得的电流为暗 电流。实验步骤实验装置原理框图如图2-2.4所示图4M.1、负载RL选择RL1=2.4K,将面板上“光电二极管偏置电压输入+”端与 电流表“ + ”端用导线连接，电流表“一”端与 RL1任一端连接，RL1另一端与“光电二极管偏置电压输入一”端相连，此时光电二极管偏压为零。2、电流表档位调节至20卩A档，将“光照度
6、调节”旋钮逆时针调节至最小 值位置。打开电源开关，顺时针调节该旋钮，增大光照度值，分别记下不同照度 下对应的光生电流值，填入表 221。若电流表或照度计显示为“ 1_”时说明 超出量程，应改为合适的量程再测试。表 2.2.1光照度（Lx）050100150200300光生电流（卩A）3、将“光照度调节”旋钮逆时针调节到最小值位置后关闭电源。4、作出零偏压下光电二极管的光照度一电流曲线。5、将电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。将“直 流电源0-12V”端与电压表“ + ”端用导线连接，将“直流电源”的另一端（接 地端）与电压表“”端相连。打开电源开关，顺时针调节“幅度调节
7、”旋钮， 直至电压表显示为6.00V为止。关闭电源开关，拆掉电压表两端与“直流电源” 两端之间的连线，拆掉电流表“”端与 RL1之间的连线。&将“直流电源0-12V”端（即图2-2.4中的Ui+端）与RL1相连，将“直 流电源”接地端（即图2-2.4中的Ui-端）与电流表“一”端用导线连接。将“光 照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置，打开电源开关，记下此时电流表的读 数，即为暗电流值。7、重复步骤2,将数据填入表2.2.2中。作出在一6V偏压下光电二极管的光 照度一电流曲线。表 2.2.2光照度（Lx）050100150200300光生电流（卩A）8、比较两条曲线的区别。9、实验完毕，关闭电源，拆除所有连线实验数据：（在实验报告后面）数据处理：作出零偏压下光电二极管的光照度一电流曲线:光器支一之左作出在一6V偏压下光电二极管的光照度一电流曲线:100 心得体会：通过该实验基本了解了光电二极管的工作原理和使用方法；并掌握光电二 极管的光照度特性及其测试方法。思考题分析并比较零偏压和-6V偏压下光照度一电流曲线的区别，分析区别产生的 原因。答：？
