光電二極體（PD）如何利用半導體材料吸收光子能量並產生光電流？ | 股股知識庫

光電二極體（PD）的光吸收與光電流產生機制

光電二極體（PD）利用半導體材料，如矽（Si）、鍺（Ge）或化合物半導體（如InGaAs），來吸收光子能量。當光子照射到PD的半導體材料上時，如果光子的能量大於半導體材料的能隙（Band Gap），光子就會被吸收，並激發出電子-電洞對。這個過程稱為光電效應。產生的電子-電洞對會在內建電場的作用下分離，電子向N區移動，電洞向P區移動，形成光電流。光電流的大小與入射光的強度成正比，光線越強，產生的電子-電洞對越多，光電流也越大。

半導體材料的選擇與光譜響應

不同半導體材料具有不同的能隙，因此PD對不同波長的光有不同的吸收效率和響應。例如，矽（Si）PD適用於可見光和近紅外光範圍，而鍺（Ge）PD或InGaAs PD則適用於更長波長的紅外光。選擇適當的半導體材料，可以使PD在特定的光譜範圍內具有最佳的性能。PD的光譜響應曲線描述了PD對不同波長光的響應程度，是選擇PD的重要參考依據。

影響光電流的因素

光電流的大小除了與入射光強度有關外，還受到其他因素的影響，例如：

• 量子效率（Quantum Efficiency）： 指的是每個入射光子產生的電子-電洞對的數量。量子效率越高，PD的光電轉換效率越高。
• 反向偏壓（Reverse Bias）： 在PD上施加反向偏壓可以增大耗盡區的寬度，提高光生載子的收集效率，從而增大光電流。
• 溫度： 溫度升高會增加半導體材料的暗電流（Dark Current），降低訊號雜訊比。因此，在某些應用中需要對PD進行溫度控制。

總之，光電二極體通過半導體材料的光吸收效應，將光能轉換為電能，產生與光強度成正比的光電流。了解其工作原理和影響因素，有助於更好地應用於光電檢測、光纖通訊等領域。

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