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。在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料,因而人们利用非本征光电导效应。Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级,照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能,就能够产生光生自由电子或自由空穴。非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得λc=1.24/Ei式中Ei表示杂质能级的离化能。线性度和灵敏度是衡量PIN型光电探测器性能的两个重要参数。飞博光电30G PIN光电探测器设计
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。飞博光电7GHZ APD光电探测器工作原理可接收的光功率的大小是由探测器的暗电流决定的。
光电探测器的基本工作机理包括三个过程:(1)光生载流子在光照下产生;(2)载流子扩散或漂移形成电流;(3)光电流在放大电路中放大并转换为电压信号。当探测器表面有光照射时,如果材料禁带宽度小于入射光光子的能量即Eg<hv,则价带电子可以跃迁到导带形成光电流。当光在半导体中传输时,光波的能量随着传播会逐渐衰减,其原因是光子在半导体中产生了吸收。半导体对光子的吸收主要的吸收为本征吸收,本征吸收分为直接跃迁和间接跃迁。通过测试半导体的本征吸收光谱除了可以得到半导体的禁带宽度等信息外,还可以用来分辨直接带隙半导体和间接带隙半导体。本征吸收导致材料的吸收系数通常比较高,由于半导体的能带结构所以半导体具有连续的吸收谱。从吸收谱可以看出,当本征吸收开始时,半导体的吸收谱有一明显的吸收边。但是对于硅材料,由于其是间接带隙材料,与三五族材料相比跃迁几率较低,因而只有非常小的吸收系数,同时导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。
光电三级管与光电二极管比较,光电三级管输出电流较大,一般在毫安级,但光照特性较差,多用于要求输出电流较大的场合。光电三极管有pnp和npn型两种结构,常用材料有硅和锗。例如用硅材料制作的npn型结有3DU型,pnp型有3CU型。采用硅npn型光电三极管,其暗电流比锗光电三极管小,且受温度变化影响小,所以得到位广泛应用。下面以3DU型光电三极管为例说明它的结构、工作原理与主要特性。3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管。3DU管的结构和普通晶体管类似,只是在材料的掺杂情况、结面积的大小和基极引线的设置上和普通晶体管不同。因为光电三极管要响应光辐射,受光面即集电结(bc结)面积比一般晶体管大。另外,它是利用光控制集电极电流的,所以在基极上既可设置引线进行电控制,也可以不设,完全同光一控制。它的工作原理是工作时各电极所加的电压与普通晶体管相同,即要保证集电结反偏置,发射正偏听偏置。由于集电结是反偏压,在结区有很强的内建电场,对3DU管来讲,内建电场方向是由c到b的。和光电二极管工作原理相同。探测器表面存在一定宽度的接触掺杂区域,其中也会产生光子的消耗。
当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而非光的强度,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,电子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论及波粒二象性起了根本性的作用。根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为hv(v为光波频率,h为普朗克常数),由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用。深圳7GHZ APD光电探测器展示
非相干接收:在接收设备中不用载波相位信息去检测就接收信号。飞博光电30G PIN光电探测器设计
光电探测器,属于光线传感器的一种,它常用于摄像头和其他成像设备中。它们可以感知称为“光子”的基本粒子的图案,并通过这些图案创造出图像。不同的光电探测器用于感知光谱的不同部分。例如,夜视眼镜中使用的光电探测器就是用于感知肉眼不可见的热辐射。还有一些光电探测器应用于摄像头,这些摄像头通过环境中化学物质反射光线的方式来辨别它们。光电探测器的多功能程度主要取决于三个因素:运行速度、感知低强度光线的能力、感知的频谱范围。通常来说,如果工程师们改善了这三个因素中的某一个,那么另外两个因素中就会至少有一个变得恶化。飞博光电30G PIN光电探测器设计
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