光電二極管，是一種在很多光學測量中都很常用的傳感器類型。諸如吸收和發射光譜、色彩測量、渾濁度、氣體探測等應用都十分依賴于光電二極管來實現精密光學測量。

光電傳感穩步發展，光電二極管規模繼續增長

 物聯網產業的快速發展將智能化帶入了各個領域，智能工業、智能交通、智能電網、智能可穿戴設備等領域讓光電傳感器獲得了不小的機遇。不管是自動控制、信息傳感還是射頻等技術，都需要光電傳感器作為基礎器件。

 根據共研網公布的數據，2021年中國光電傳感器產量和需求量分別為67.7億只和111.4億只，2022年中國光電傳感器產量和需求量預期分別達到80.2億只和130.9億只，2022年國內光電傳感器市場規模也將突破600億元。

 作為光電傳感器重要細分類別的一類產品，光電二極管傳感市場規模在近幾年也呈現出穩步增長的趨勢。根據貝哲斯測算數據，2021年全球光電二極管市場總規模達到43.09億元，中國光電二極管市場規模達到13.11億元，占全球光電二極管市場總份額的30.42%。未來幾年光電二極管將以7.14%的復合年增長率穩步增長，預計在2027年全球光電二極管市場總規模將會達到65.26億元。

光電二極管的工作原理

 光電二極管是pn結或PIN配置。 如果光子撞擊二極管，它將產生電子和帶正電的空穴。 當在結的耗盡區發生任何吸收時，這些載流子已從該耗盡區的內置區域捕獲在結中，從而產生了光電流。

 光電二極管在反偏壓下或無偏壓下被廣泛使用。 光或光子可以驅動電流流過該電路，從而產生正向偏置，從而導致從反方向到光電流的“暗電流”。 這被稱為自然效應，可以作為太陽能電池設計的基礎。 太陽能電池板只是多個有效光電二極管的組合。

反向偏置會沿完全相同的方向產生較小的電流。 除此之外，光電二極管的噪聲較小。

 雪崩光電二極管具有類似的預先布置，但通常在更大的反向偏置下運行。 這樣一來，每個由光產生的提供者就可以與雪崩擊穿次數相乘，從而導致光電二極管的內部效應，并提高器件的整體響應度。

光電二極管的材料

1、硅2、鍺3、硫化鉛

 用于構造光電二極管的材料對于描述其性能非常重要，因為只有具有適當能量的光子才能激發帶隙中的電子，并能夠產生大量的光電流。

 重要的是要記住，基于硅的光電二極管具有更大的帶隙，因此，與基于鍺的光電二極管相比，它能夠產生更少的噪聲。

 由于晶體管和IC也是由半導體材料制成的，并且包含pn結，因此可以像光電二極管一樣工作。 這是不可接受的，必須使用不透明的外殼才能消除這種影響。 盡管這些對于高能輻射并不是完全不透明的，但仍可能導致IC因感應的光電流而發生故障。

光電二極管電路設計的影響

 選擇合適材料的光電二極管后，需要在電路設計中與其他元件配合以便將光電二極管電流轉換為輸出電壓。光電二極管電路主要以三種模式工作，光伏模式、光電導模式以及雪崩二極管模式。

 光伏模式產生的電壓將具有非常小的動態范圍，并且具有非線性特性。光電二極管在這種模式下工作其伏安特性隨溫度的變化非常小，是精密應用中比較常見的配置。這種模式不經過軟件校準和交流耦合很容易產生很多暗電流，需要在運算放大器的選擇上重點考量輸入失調電壓范圍。另一方面，除了材料選擇會影響噪聲水平，放大器的噪聲也會影響整個電路噪聲，光電二極管放大器增益越大對噪聲的抑制越有效。

 光電導模式可以大大縮短光電二極管的響應時間并減少結電容，達到極快的速度，但是這種工作模式的噪聲也會大很多。雪崩二極管模式下的光電二極管在高反向偏置條件下工作，這種工作模式光電二極管有極大的內部增益，能夠在反向偏壓下提供數十至數百倍的信號。

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