光電探測器相關(guān)內(nèi)容

紅外探測器的時(shí)間常數(shù)比光敏電阻小得多,探測器的時(shí)間常數(shù)一般為50～500微秒,HgCdTe探測器的時(shí)間常數(shù)在10-6～10-8秒量級。紅外探測器有時(shí)要探測非常微弱的輻射信號,例如10-14 瓦；輸出的電信號也非常小,因此要有專門的前置放大器。在動(dòng)態(tài)特性（即頻率響應(yīng)與時(shí)間響應(yīng)）方面，以光電倍增管和光電二極管（尤其是PIN管與雪崩管）為好；在光電特性（即線性）方面，以光電倍增管、光電二極管和光電池為好；在靈敏度方面，以光電倍增管、雪崩光電二極管、光敏電阻和光電三極管為好。值得指出的是，靈敏度高不一定就是輸出電流大，而輸出電流大的器件有大面積光電池、光敏電阻、雪崩光電二極管和光電三極管；外加偏置電壓低的是光電二極管、光電三極管，光電池不需外加偏置；在暗電流方面，光電倍增管和光電二極管小，光電池不加偏置時(shí)無暗電流，加反向偏置后暗電流也比光電倍增管和光電二極管大；光電池是固體光電器件中具有光敏面積的器件，它除用做探測器件外，還可作太陽能變換器。長期工作的穩(wěn)定性方面，以光電二極管、光電池為，其次是光電倍增管與光電三極管；在光譜響應(yīng)方面，以光電倍增管和CdSe光敏電阻為寬，但光電倍增管響應(yīng)偏紫外方向，而光敏電阻響應(yīng)偏紅外方向。

光電探測器工作原理

光電探測器的基本工作機(jī)理包括三個(gè)過程：(1)光生載流子在光照下產(chǎn)生;(2)載流子擴(kuò)散或漂移形成電流;(3)光電流在放大電路中放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號。當(dāng)探測器表面有光照射時(shí)，如果材料禁帶寬度小于入射光光子的能量即Eg<hv，則價(jià)帶電子可以躍遷到導(dǎo)帶形成光電流。銻化銦InSb光敏電阻主要用于檢測第二大氣紅外透過窗戶,波長響應(yīng)3~5微米。

當(dāng)光在半導(dǎo)體中傳輸時(shí)，光波的能量隨著傳播會(huì)逐漸衰減，其原因是光子在半導(dǎo)體中產(chǎn)生了吸收。半導(dǎo)體對光子的吸收的吸收為本征吸收，本征吸收分為直接躍遷和間接躍遷。通過測試半導(dǎo)體的本征吸收光譜除了可以得到半導(dǎo)體的禁帶寬度等信息外，還可以用來分辨直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體。本征吸收導(dǎo)致材料的吸收系數(shù)通常比較高，由于半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)所以半導(dǎo)體具有連續(xù)的吸收譜。從吸收譜可以看出，當(dāng)本征吸收開始時(shí)，半導(dǎo)體的吸收譜有一明顯的吸收邊。但是對于硅材料，由于其是間接帶隙材料，與三五族材料相比躍遷幾率較低，因而只有非常小的吸收系數(shù)，同時(shí)導(dǎo)致在相同能量的光子照射下在硅材料中的光的吸收深度更大。直接帶隙材料的吸收邊比間接帶隙材料陡峭很多，如圖 畫出了幾種常用半導(dǎo)體材料(如 GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料)的入射光波長和光吸收系數(shù)、滲透深度的關(guān)系。由于實(shí)際應(yīng)用的要求變化多樣，因此存在很多種適合不同用途的光電探測器：光電二極管是具有p-n結(jié)或者p-i-n結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件（i代表本征層）（參閱PIN型光電二極管），其中光在耗盡層被吸收產(chǎn)生光電流。

光電探測器的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)在，光電探測器的發(fā)展主要集中在紅外，已開始研制第三代紅外探測器，并提出了第三代紅外熱像儀的概念，主要是雙色或三色、高分辨率、制冷型熱像儀和智能焦平面陣列探測器。因此紅外探測技術(shù)較長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢是開發(fā)出第三代。

由于紅外光電探測器技術(shù)的不斷完善，從光電探測器芯片上提升技術(shù)已相當(dāng)困難。為進(jìn)一步提，人們現(xiàn)在把注意力轉(zhuǎn)到紅外光電探測器的信號讀出集成電路(ROIC)上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路的發(fā)展，ROIC已有很大的進(jìn)展，中規(guī)模的紅外焦平面陣列和相應(yīng)的讀出電路在20世紀(jì)90年代已形成生產(chǎn)規(guī)模。例如，光電探測器是光纖通信接收端的核心器件，它接收光信號并轉(zhuǎn)換將其為電信號。

現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家正在研制用于大規(guī)模焦平面陣列(三代器件)、有多種功能的ROIC和智能化焦平面陣列。智能化焦平面陣列是片上處理系統(tǒng)，在光敏芯片上模仿動(dòng)物的功能，對光-電轉(zhuǎn)換后的信號作預(yù)處理，然后再輸出數(shù)據(jù)。這個(gè)過程雖然不屬于直接接收光信號的過程，但對光電探測器的綜合性能有極大影響。光電二極管在反向電壓工作下的，沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，叫暗電流。

光電探測器的發(fā)展歷史

起初用來探測可見光輻射和紅外輻射的光電探測器是熱探測器。其中，熱電偶早在1826年就已發(fā)明出來。1880年又發(fā)明了金屬薄膜測輻射計(jì)。1947年制成了金屬氧化物熱敏電阻測輻射熱計(jì)。1947年又發(fā)明了氣動(dòng)探測器。經(jīng)過多年的改進(jìn)和發(fā)展，這些光電探測器日趨完善，性能也有了較大的改進(jìn)和提高。使用內(nèi)部光電效應(yīng)編輯利用內(nèi)部光電效應(yīng)的大多數(shù)設(shè)備都使用半導(dǎo)體作為元素材料。

從20世紀(jì)50年代的時(shí)候開始人們對熱釋電探測器進(jìn)行了一系列研究工作，發(fā)現(xiàn)它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，一度使這個(gè)領(lǐng)域研究很活躍。但是，與光子探測器相比，這些光電探測器的探測率仍較低，時(shí)間常數(shù)也較大。

應(yīng)用廣泛的光子探測器，除了發(fā)展較早、技術(shù)上也較成熟、響應(yīng)波長從紫光到近紅外的光電倍增管以外，硅和鍺材料制作的光電二極管、鉛錫、Ⅲ～Ⅴ族化合物、鍺摻雜等光電探測器，目前均已達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，主要性能已接近理論極限。

1970年以后又出現(xiàn)了一種利用光子牽引效應(yīng)制成的光子牽引探測器。其主要用于CO2激光的探測。八十年代中期，出現(xiàn)了利用摻雜的GaAs/AlGaAs材料、基于導(dǎo)帶躍遷的新型光探測器——阱探測器。這種器件工作于8～12μm波段，工作溫度為77K。光電探測器工作原理光電探測器的工作原理是基于光電效應(yīng)，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高，從而改變了它的電學(xué)性能，它區(qū)別于光子探測器的特點(diǎn)是對光輻射的波長無選擇性。