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光電探測器相關內容

紅外探測器的時間常數比光敏電阻小得多,探測器的時間常數一般為50～500微秒,HgCdTe探測器的時間常數在10-6～10-8秒量級。紅外探測器有時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。在動態特性（即頻率響應與時間響應）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；在光譜響應方面，以光電倍增管和CdSe光敏電阻為寬，但光電倍增管響應偏紫外方向，而光敏電阻響應偏紅外方向。

光電探測器工作原理

光電探測器的基本工作機理包括三個過程：(1)光生載流子在光照下產生;(2)載流子擴散或漂移形成電流;(3)光電流在放大電路中放大并轉換為電壓信號。當探測器表面有光照射時，如果材料禁帶寬度小于入射光光子的能量即Eg<hv，則價帶電子可以躍遷到導帶形成光電流。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3~5微米。

當光在半導體中傳輸時，光波的能量隨著傳播會逐漸衰減，其原因是光子在半導體中產生了吸收。半導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。通過測試半導體的本征吸收光譜除了可以得到半導體的禁帶寬度等信息外，還可以用來分辨直接帶隙半導體和間接帶隙半導體。本征吸收導致材料的吸收系數通常比較高，由于半導體的能帶結構所以半導體具有連續的吸收譜。從吸收譜可以看出，當本征吸收開始時，半導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，同時導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、滲透深度的關系。由于實際應用的要求變化多樣，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結或者p-i-n結構的半導體器件（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生光電流。

光電探測器的發展現狀

現在，光電探測器的發展主要集中在紅外，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。因此紅外探測技術較長遠的發展趨勢是開發出第三代。

由于紅外光電探測器技術的不斷完善，從光電探測器芯片上提升技術已相當困難。為進一步提，人們現在把注意力轉到紅外光電探測器的信號讀出集成電路(ROIC)上。隨著計算機技術和集成電路的發展，ROIC已有很大的進展，中規模的紅外焦平面陣列和相應的讀出電路在20世紀90年代已形成生產規模。例如，光電探測器是光纖通信接收端的核心器件，它接收光信號并轉換將其為電信號。

現在發達國家正在研制用于大規模焦平面陣列(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，在光敏芯片上模仿動物的功能，對光-電轉換后的信號作預處理，然后再輸出數據。這個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，反向電流極其微弱，叫暗電流。

光電探測器的發展歷史

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年就已發明出來。1880年又發明了金屬薄膜測輻射計。1947年制成了金屬氧化物熱敏電阻測輻射熱計。1947年又發明了氣動探測器。經過多年的改進和發展，這些光電探測器日趨完善，性能也有了較大的改進和提高。使用內部光電效應編輯利用內部光電效應的大多數設備都使用半導體作為元素材料。

從20世紀50年代的時候開始人們對熱釋電探測器進行了一系列研究工作，發現它具有許多獨特的優點，一度使這個領域研究很活躍。但是，與光子探測器相比，這些光電探測器的探測率仍較低，時間常數也較大。

應用廣泛的光子探測器，除了發展較早、技術上也較成熟、響應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，目前均已達到相當成熟的階段，主要性能已接近理論極限。

1970年以后又出現了一種利用光子牽引效應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，出現了利用摻雜的GaAs/AlGaAs材料、基于導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，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性能，它區別于光子探測器的特點是對光輻射的波長無選擇性。