半导体光子型探测器的性能在很大程度上取决于制备探测器所用的半导体材料。本征半导体材料比掺杂半导体材料更加有用。本征半导体材料既能用来制作光导型探测器,又能制做光伏型探测器;而掺杂半导体只能做成光导型探测器。截止波长较长的半导体光子型探测器,大多数必须在较低温度下工作,如77K,38K或4.2K。同一探测器在室温下的探测率明显低于低温下的探测率。为了保持半导体光子型探测器的正常工作,常把探测器置于低温容器(杜瓦瓶)中,或用微型致冷器使探测器达到较低的工作温度。光电探测器区别于光子探测器的比较大特点是对光辐射的波长无选择性。飞博光电低失真光电探测器服务电话
1873年,英国W.史密斯发现硒的光电导效应,但是这种效应长期处于探索研究阶段,未获实际应用。第二次世界大战以后,随着半导体的发展,各种新的光电导材料不断出现。在可见光波段方面,到50年代中期,性能良好的硫化镉、硒化镉光敏电阻和红外波段的硫化铅光电探测器都已投入使用。60年代初,中远红外波段灵敏的Ge、Si掺杂光电导探测器研制成功,典型的例子是工作在3~5微米和8~14微米波段的Ge:Au(锗掺金)和Ge:Hg光电导探测器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可变禁带宽度的三元系材料的研究取得进展。工作原理和特性光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时,光子能够将价带中的电子激发到导带,从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数,v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度(单位为电子伏)。因此,本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。雪崩光电探测器产品介绍光电探测器必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配。
当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象叫内光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体材料的导电性远不如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量,就可以将其激发到导带中,形成载流子,增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν≥Eg(Eg为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收光子的能量,跃迁到导带,而在价带中下一个空穴,形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此,这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一个入射光的极限能量,即Eλ=hν0=Eg,其中ν0是低频限(即极限频率ν0=Egh)。这个关系也可以用长波限表示,即λ0=hcEg。入射光的频率大于ν0或波长小于λ0时,才会发生电子的带间跃迁。当入射光能量较小,不能使电子由价带跃迁到导带时,有可能使电子吸收光能后,在一个能带内的亚能级结构间跃迁。
PN结加正向电压时,产生多子电流,与光生电流方向相反,并且电流比光生电流大得多,此时无法作为光探测器。PN结处于反向偏压状态时,产生的光电子会被反向偏压迅速通过电场与电极收集,产生反向光电流,通过检测光电流大小即可得到光功率强度。处于零偏压的PN结可作为光电池使用。一个大面积的PN结,做好上下极的接触引线便构成一个光电池。一般光敏面做成梳齿状,可以减小光生载流子的复合以提高能量转换效率,减小串联电阻。对于光电池,负载电阻较大时,输出线性较差,可获得较大的输出电压,对于不同的入射光强,也会具有不同的最大输入功率,往往采用多个光电池的串-并联组合运用。相干接收:在接收设备中利用载波相位信息去检测并接收信号。
光电流指在入射光照射下光电探测器所产生的光生电流,暗电流可以定义为没有光入射的情况下探测器存在的漏电流。其大小影响着光接收机的灵敏度大小,是探测器的主要指标之一。暗电流主要包括以下几种:①耗尽区中边界的少子扩散电流;②载流子的产生-复合电流,通过在加工中消除硅材料的晶格缺陷,可以有效减小载流子的产生-复合电流,通常对于高纯度的单晶硅产生-复合电流可以降低到2*1011A/nm2以下;③表面泄漏电流,在制造工艺结束时,对芯片表面进行钝化处理,可以将表面漏电流降低到1011A/nm2量级。当然,暗电流也受探测器工作温度和偏置电压的影响。探测器的暗电流与噪声是分不开的,通常光电探测器的噪声主要分为暗电流噪声、散粒噪声和热噪声:a暗电流噪声:对于一个光电探测器来讲,可接收的光功率是由探测器的暗电流大小决定的,所以减小探测器的暗电流能提高光接收机的灵敏度;b散粒噪声:当探测器接收入射光时,散粒噪声就产生于光子的产生-复合过程中。由于光生载流子的数量变化规律服从泊松统计分部,所以光生载流子的产生过程存在散粒噪声;c热噪声:由于导体中电子的随机运动会产生导体两端电压的波动,因此就会产生热噪声。PIN缺点在于I层电阻很大管子的输出电流小,一般多为零点几微安至数微安。飞博光电低失真光电探测器服务电话
APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度。飞博光电低失真光电探测器服务电话
光电导器件:利用具有光电导效应的半导体材料做成的光电探测器称为光电导器件,通常叫做光敏电阻。在可见光波段和大气透过的几个窗口,即近红外、中红外和远红外波段,都有适用的光敏电阻。光敏电阻被较多地用于光电自动探测系统、光电跟踪系统、导弹制导、红外光谱系统等。硫化镉CdS和硒化镉CdSe光敏电阻是可见光波段用得较多的两种光敏电阻;硫化铅PbS光敏电阻是工作于大气红外透过窗口的主要光敏电阻,室温工作的PbS光敏电阻响应波长范围1.0~3.5微米,峰值响应波长2.4微米左右;锑化铟InSb光敏电阻主要用于探测大气第二个红外透过窗口,其响应波长3~5μm;碲镉汞器件的光谱响应在8~14微米,其峰值波长为10.6微米,与CO2激光器的激光波长相匹配,用于探测大气第三个窗口(8~14微米)。飞博光电低失真光电探测器服务电话
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