AFBE件十三光輻射的探測技術(shù)

1、光電子技術(shù)學(xué)課件之十三： 第四章光輻射的探測技術(shù) （3） 4 常用光電探測器簡介（2） 制作者： 2006 101一、pn結(jié)光伏探測器的工作模式 pn結(jié)具有光伏效應(yīng)，利用pn結(jié)的光伏效應(yīng)制作的光電探測器稱為光伏探測器。在光照射下，在pn結(jié)區(qū)產(chǎn)生光生電子-空穴對，在內(nèi)電場的作用下，電子向n區(qū)、空穴向p區(qū)作漂流運(yùn)動(dòng)，被內(nèi)電場分離的電子和空穴就在外電路中形成電流-2二、硅光電池太陽電池 零偏壓pn結(jié)光伏探測器光伏工作模式光電池硅光電池的用途：光電探測器件，電源。 31. 短路電流和開路電壓短路電流RL=0，開路電壓RL=。單片硅光電池的開路電壓約為0.450.6V，短路電流密度約為150300A/m

2、2。光電池等效電路4測量方法：在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使光電池兩端開路，用一高內(nèi)阻直流毫伏表或電位差計(jì)接在光電池兩端，測量出開路電壓；在同樣條件下，將光電池兩端用一低內(nèi)阻（小于1）電流表短接，電流表的示值即為短路電流。 52. 光譜、頻率響應(yīng)及溫度特性 6 光電池的頻率特性不太好,原因有二：一是光電池的光敏面一般做的很大，導(dǎo)致結(jié)電容較大；二是光電池的內(nèi)阻較低，而且會(huì)隨輸入光功率的大小變化。 在強(qiáng)光照射或聚光照射情況下，必須考慮光電池的工作溫度及散熱措施。通常Si光電池使用的溫度不允許超過125。 7三、光電二極管 反偏電壓pn結(jié)光伏探測器光導(dǎo)工作模式 光電二極管 常見的光電二極

3、管有：Si 光電二極管，PIN光電二極管,雪崩光電二極管（APD）肖特基勢壘光電二極管等。81、Si光電二極管 （1）結(jié)構(gòu)原理 Si光電二極管有兩種： 采用N型單晶硅和擴(kuò)散工藝獲得p+n結(jié)構(gòu)硅光電二極管(2CU)； 采用P型單晶硅和磷擴(kuò)散工藝獲得n+p結(jié)構(gòu)硅光電二極管（2DU）。 一律采用反偏。9p+n結(jié)構(gòu)硅光電二極管(2CU)10n+p結(jié)構(gòu)硅光電二極管（2DU）： 光敏區(qū)外側(cè)有保護(hù)環(huán)（ n+ 環(huán)區(qū)），其目的是表面層漏電流，使暗電流明顯減少。其有三根引出線，n側(cè)的電極稱為前極， n側(cè)的電極稱為后極，環(huán)極接電源偏置正極，也可斷開，空著。1112（2）光譜響應(yīng)特性和光電靈敏度 13（3）伏安特性

4、（V/RV為直流負(fù)載線）14（4）頻率響應(yīng)特性 頻率特性好,適宜于快速變化的光信號探測。 光電二極管的頻率特性響應(yīng)主要由三個(gè)因素決定：(a)光生載流子在耗盡層附近的擴(kuò)散時(shí)間；(b)光生載流子在耗盡層內(nèi)的漂移時(shí)間；(c)與負(fù)載電阻RL并聯(lián)的結(jié)電容Ci所決定的電路時(shí)間常數(shù)。 152. PIN硅光電二極管 要改善硅光電二極管的頻率特性，由前面分析可知：應(yīng)設(shè)法減小載流子的擴(kuò)散時(shí)間和結(jié)電容。 PIN硅光電二極管就是在P區(qū)和N區(qū)之間加上一本征層（I層）光電二極管。 16 本征層的電阻率很高，反偏電場主要集中在這一區(qū)域。高電阻使暗電流明顯減少，在這里產(chǎn)生的光生電子-空穴對將立即被電場分離，并作快速漂移運(yùn)動(dòng)。

5、17 本征層的引入，明顯增大了p+區(qū)的耗盡層的厚度，這有利于縮短載流子的擴(kuò)散過程。耗盡層的加寬，也可以明顯減少結(jié)電容Cj,從爾使電路常數(shù)減小。同時(shí)耗盡加寬還有利于對長波區(qū)的吸收。 性能良好的PIN光電二極管，擴(kuò)散和漂移時(shí)間一般在10-10 s數(shù)量級，頻率響應(yīng)在錢兆赫茲。實(shí)際應(yīng)用中決定光電二極管的頻率響應(yīng)的主要因素是電路的時(shí)間常數(shù)。合理選擇負(fù)載電阻是一個(gè)很重要的問題。 PIN光電二極管在光通信、光雷達(dá)和快速光電自動(dòng)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。183.雪崩光電二極管（APD） 基于載流子雪崩效應(yīng)，從而提供電流內(nèi)增益的光電二極管稱為雪崩二極管。 常見的雪崩光電二極管有：Ge-ADP和Si-ADP兩種光電

6、二極管。 Ge-ADP的管芯是采用p+n結(jié)構(gòu)，在N型Ge單晶體襯底上擴(kuò)散Zn作成保護(hù)環(huán)，注入B +離子形成p+層。19 Si-ADP的管芯是采用n + pp+結(jié)構(gòu)，在晶向的/p+外延片作襯底，通過注入B +離子形成p層，而后淺擴(kuò)散構(gòu)成n +層20工作原理：進(jìn)入耗盡區(qū)的光生電子被雪崩電場加速，獲得很高的能量，在A處與晶格上的原子發(fā)生沖擊碰撞使原子電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對，新的空穴又被雪崩電場反向加速，獲得更高的動(dòng)能，在途中E處再次與晶格上的原子發(fā)生沖擊碰撞使原子電離，產(chǎn)生又一個(gè)新的電子-空穴對.，上述過程反復(fù)進(jìn)行，使pn結(jié)的電流急劇增大，形成雪崩效應(yīng)。21 雪崩光電二極管在光通信，激光測距和光纖傳感技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。 雪崩光電二極管具有內(nèi)增益，可以降低對前置放大器的要求。224.光電三極管 23四、光熱探測器 1. 熱敏電阻 熱敏電阻由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半導(dǎo)體材料做成的電阻器，其阻值隨溫度而變化。電阻隨溫度變化的規(guī)律： 稱為熱敏電阻的溫度系數(shù), 稱為正溫度系數(shù), 稱為負(fù)溫度系數(shù)。 242. 熱釋電探測器 利用熱釋電效應(yīng)制成的探測器稱為熱釋電探測器。 常用熱釋電材