光電二極管（Photodiode）通常由一個(gè) pn 結(jié)構(gòu)成，它在某些特定入射光的照射下會(huì)產(chǎn)生額外的光生電流，其伏安特性如圖 2-94所示。在反向偏置下，無(wú)光照時(shí)電流較小，這個(gè)電流在反向擊穿前基本保持一定，被稱(chēng)為反向飽和電流。在一定強(qiáng)度的光照射下，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生出相應(yīng)數(shù)目的電子-空穴對(duì)。

由于產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)仍處在半導(dǎo)體內(nèi)部，因此被稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。在電場(chǎng)作用下，pn結(jié)耗盡區(qū)的光生電子-空穴對(duì)迅速向相反方向漂移，以而形成光生電流。耗盡區(qū)附近一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的光生電子-空穴對(duì)經(jīng)過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入耗盡區(qū)，并在電場(chǎng)下向相反方向漂移產(chǎn)生光生電流。

在耗盡區(qū)較遠(yuǎn)的地方由于不存在電場(chǎng)，故那里所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)不能形成電流，一般通過(guò)復(fù)合消失。光的照度越大，即光子數(shù)越多，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)就越多，形成的反向電流也就越大。

在制造工藝方面，為了提高吸收效率，pn 結(jié)面積宜大一些。由于表面的吸收最強(qiáng)烈，pn 結(jié)的位置越靠近表面越好。為了得到偏置電壓低和暗電流小的光電二極管，低缺陷的高質(zhì)量半導(dǎo)體材料是必需的。因此，半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)技術(shù)的快速發(fā)展在光電二極管探測(cè)器性能提高和優(yōu)化上起到了重要的作用。

光電二極管器件由于具有小尺寸、低成本、良好線(xiàn)性度、較寬響應(yīng)光譜范圍（190~1100nm)、低噪聲、高可靠、長(zhǎng)壽命和無(wú)須高壓電源即可工作等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、照相、錄像和光電探測(cè)等領(lǐng)域扮演了很重要的角色。不過(guò)，pn 光電二極管在光電探測(cè)的過(guò)程中存在靈敏度小、可探測(cè)度不夠高和響應(yīng)速度不夠快等問(wèn)題。PiN 光電二極管的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

在光電探測(cè)方面，光電二極管在紫外輻射探測(cè)、可見(jiàn)光探測(cè)、紅外探測(cè)及X射線(xiàn)成像等領(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用和商業(yè)價(jià)值。不同的光吸收材料適用于相應(yīng)光譜波段的檢測(cè)，這個(gè)取決于其禁帶寬度。高質(zhì)量的鍺單晶材料由于具有較高的靈敏度，被廣泛應(yīng)用于近紅外探測(cè)領(lǐng)域。這種探測(cè)器一般需要冷卻到 77K 來(lái)減小暗電流，這增加了工藝成本并且限制了它的應(yīng)用。隨著在硅襯底上生長(zhǎng)鍺技術(shù)的不斷發(fā)展，鍺光電二極管的工藝成本大大降低，同時(shí)拓寬了它在光通信方面的應(yīng)用。

光電二極管具有良好的線(xiàn)性度，因此市面上最常用的光功率計(jì)一般由光電二極管構(gòu)成，可以對(duì)較大范圍波段的光進(jìn)行探測(cè)。在對(duì)紫外線(xiàn)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，若采用窄禁帶半導(dǎo)體光電二極管，則需要用濾波器屏蔽其對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)，同時(shí)需要進(jìn)行冷卻以降低暗電流；若采用寬禁帶半導(dǎo)體光電二極管，則不存在上述問(wèn)題，但需要合適的襯底和先進(jìn)的外延生長(zhǎng)技術(shù)。

在醫(yī)用X射線(xiàn)成像技術(shù)中，可以利用光電二極管直接或間接探測(cè) X 射線(xiàn)。間接探測(cè)情況下，通常先通過(guò)一層較厚的閃爍體材料吸收X射線(xiàn)并發(fā)射出相應(yīng)波長(zhǎng)的可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)，然后再由光電二極管器件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

審核編輯：劉清