光电探测器综述
摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成
度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集
成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量子
效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，
也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了近十
年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对
其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词：光电探测器，Si ,CMOS
Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high
performance, low power consumption and low cost of photoelectric
detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has
become a major new challenge. Especially high response speed ，high
quantum efficiency, and low dark current high-performance
photodetector, is not only the needs for development of optical
communication technology, but also realize the needs for silicon-based
optoelectronic integrated,has the very high research value.This paper
reviews the development of different characteristics and results of photodetector
for the past decade, and discusses the photodetector development direction in the
next few years,the study of high performance photoelectric detector, the
structure, and related technology, manufacturing, has very important
practical significance.
:
Key Word: photodetector, Si ,CMOS
一、光电探测器
概念
光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光子作用于光电导材
料，形成本征吸收或杂质吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生变化，产生光电导效应。）
、
分类
根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类[1]：一类是光子探测器；另一类是热探测器。根据形态也可分为两大类：一是真空光电器件；另一类是固体光电器件。固体光电器件又包括光敏电阻、光电池、光电二极管、光电三极管等。
工作原理
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 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最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。直接带隙材料的吸收边比间接带隙材料陡峭很多，图1-1 画出了几种常用半导体材料（如GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料）的入射光波长和光吸收系数、渗透深度的关系[2]。 图 1 -1半导体材料光吸收系数与波长的关系 % 光电探测器的性能指标 光电探测器的性能指标主要由量子效率、响应度、响应速度和本征带宽、光 电流，暗电流和噪声等指标组成： 1.量子效率： %100-?=入射光子数空穴对个数生成的电子η ○1 ￥ )1(a s e ωαη--= ○2 （wa 表示吸收层的厚度，αs 表示光吸收系数，入射波长 λ、材料消光系数 k 决定吸收系数 αs=4πk/λ。）考虑实际情况，入射光在探测器表面会被反射。 同时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，考虑 以上两种因素的量子效率的表达式： )1()1(a s s w d f e e R ααη---??-= ○3 其中 d 表示接触层厚度，Rf 表示光电探测器表面的反射率。反射率与界面 的折射率 nsc 和吸收层的消光系数 κ 有关，Rf 可以表示成下式： 2222)1()1(κκ+++-=sc sc f n n R ○4 * 2.响应度： 定义为光电探测器产生光电流与入射光功率比，单位通常为 A/W 。响应度 与量子效率的大小有关，为量子效率的外在体现。响应度 R ： r p P I R = 或 r p P V R = ○5 p I 表示光电探测器产生的光电流，Pr 代表入射光功率。则量子效率可变为 下式表示： hv P q I r p //= η ○6 】 进而可得响应度的公式为： hv q R ?=η ○7 可知响应度与量子效率成正比，由于硅材料本身为间接带隙，所以材料的量子效率较低，硅基光电探测器的响应度也较小。 3、响应速度与本征带宽 响应速度可以用光生载流子的渡越时间表示，载流子的渡越时间外在的频率响应的表现就是探测器的带宽。光生载流子的渡越时间在光生电流变化中表现为两部分：上升时间和下降时间。通常取上升时间和下降时间中的较大者衡量探测器的响应速度。决定探测器响应速度的因素主要有： ￥ ⑴、耗尽区载流子渡越时间：载流子的渡越时间是影响探测器响应速度的最重要因素，当耗尽区电场强度达到最大时， d V 表示载流子的最大漂移速度，W 表示耗尽区宽度，那么载流子的渡越时间为：d V W t = ○8 ⑵耗尽区外载流子扩散时间：载流子扩散的速度较慢，同时大多数产生于耗尽区之外的载流子的寿命非常短，复合发生速度快。所以扩散运动只对距离耗尽区范围较近的载流子才能通过扩散运动达到耗尽区中，并在电场中漂移产生光电流。Dc 表示载流子的扩散系数，d 表示扩散距离，则扩散时间如下式： c diff D d t 22= ○9 ⑶光电二极管耗尽区电容：越大，响应速度就越慢。 为了达到最优的探测器的响应速度，需要在探测器的吸收层厚度和光电探测器的面积中折衷。如增大探测器材料的吸收层厚度可以有效减小耗尽区平板电容，同时可增大吸收层厚度可以提高探测器的量子效率。但是吸收层厚度的增加导致耗尽区宽度的变大，是光生载流子渡越时间变长而有可能降低探测器的响应速度。 % ⑷暗电流和噪声 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 211/102mm A -?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211/10mm A -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，可接收的最小光功率是由探测器的暗电流决定的，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。光电探测器的电路模型中包含的电阻为其热噪声的主要来源。 4、噪声等效功率NEP ：单位信噪比时的入射光功率。 n s V V P NEP /= ○10 5、探测度D ： NEP D 1= ○11 — 6、线性度: 12max I I -?=δ ○12 光电探测器的选择与主要应用 光电探测器的应用选择 光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，选用某种器件会更合适些。例如，当需要比较大的光敏面积时，可选用真空光电管，因其光谱响应范围比较宽[3]，故真空光电管普遍应用于分光光度计中。当被测辐射信号微弱、要求响应速度较高时，采用光电倍增管最合适，因为其放大倍数可达100以上，这样高的增益可使其信号超过输出和放大线路内的噪声分量[4]，使得对探测器的限制只剩下光阴极电流中的统计变化。因此，在天文学、光谱学、激光测距和闪烁计数等方面，光电倍增管得到广泛应用。 ； 目前，固体光电探测器用途非常广。CdS光敏电阻因其成本低而在光亮面积的器件，它除用做探测器件外，还可作太阳能变换器；硅光电二极管体积小、响应快、可靠性高，而且在可见光与近红外波段内有较高的量子效率，困而在各种工业控制中获得应用。硅雪崩管由于增益高、响应快、噪声小，因而在激光测距与光纤通信中普遍采用[4]。 <1>、光电探测器必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上相匹配。如果测量波长是紫外波段，则选用光电倍增管或专门的紫外光电半导体器件；如果信号是可见光，则可选用光电倍增管、光敏电阻和Si光电器件；如果是红外信号，则选用光敏电阻，近红外选用Si光电器件或光电倍增管。 <2>、光电探测器的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配。其中首先要注意器件的感光面要和照射光匹配好，因光源必须照到器件的有效位置，如光照位置发生变化，则光电灵敏度将发生变化。如光敏电阻是一个可变电阻，有光照的部分电阻就降低，必须使光线照在两电极间的全部电阻体上，以便有效地利用全部感光面。光电二极管、光电三极管的感光面只是结附近的一个极小的面积，故一般把透镜作为光的入射窗，要把透镜的焦点与感光的灵敏点对准。一股要使入射通量的变化中心处于检测器件光电特性的线性范围内[5]，以确保获得良好的线性输出。对微弱的光信号，器件必须有合适的灵敏度，以确保一定的信噪比和输出足够强的电信号。 光电探测器的主要应用 ; photodetector 利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。 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。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=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。 通常，凡禁带宽度或杂质离化能合适的半导体材料都具有光电效应。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe等;在长于8微米波段有: Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。可见光波段的光电导探测器CdS、CdSe、CdTe 的响应波段都在可见光或近红外区域，通常称为光敏电阻。 器件灵敏度用一定偏压下每流明辐照所产生的光电流的大小来表示。例如一种CdS光敏电阻,当偏压为70伏时，暗电流为10e-6～10e-8安，光照灵敏度为3～10安/流明。CdSe光敏电阻的灵敏度一般比CdS高[6]。光敏电阻另一个重要参数是时间常数τ，它表示器件对光照反应速度的大小。光照突然去除以后，光电流下降到最大值的1/e（约为37%）所需的时间为时间常数τ。也有按光电流下降到最大值的10%计算τ的;各种光敏电阻的时间常数差别很大。CdS的时间常数比较大（ms级）,响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3微米波段的探测器可以在室温工作。 红外探测器有时要探测非常微弱的辐射信号,例如10-14 瓦；输出的电信号也非常小,因此要有专门的前置放大器。 ] 二、光电探测器的发展历程 近年来光电探测器的研究引起人们的重视，在标准CMOS工艺下的Si 光电探测器的发展更是取得了瞩目的结果。经过一年看过的相关文献得出结论：2005年到2015年是CMOS发表的量较大的时期，同时在这一阶段的光电探测器的发展也呈现逐年上升趋势，光电探测器的的应用范围也在逐步的扩大，为我们以后的研究开发奠定了一定的发展空间。在现在这个注重创新与节能的时代，光电探测器的有着不可替代的作用，在工业及军事等各个领域都有着广阔的发展前景。 2000年到2015年间，以CMOS&PHOTODECTOR为关键字的文献共359篇，其中发表的Conference Publications会议文献有242篇，发表在Journal&Magazines的报纸杂志上共有115篇，Early Access Articles早期访问文章有2篇。 硅基光电探测器 ` 本节介绍PIN 光电探测器、N 阱/P 衬底光电探测器、P+/N 阱/P 衬底双光电探测器和空间调制探测器。其中，响应度高响应速度快的PIN 光 电探测器虽然是硅基光电探测器，但是由于其中加入了本征层，不能与标准CMOS 工艺兼容。 1、PIN 光电探测器 在光电探测器的P型区域和N型区域之间加入一层本征层就形成了PIN 光电探测器，由于本征层的加入耗尽区的宽度大大提高，进而提高了PIN 光电探测器的性能，下面介绍的PIN 光电探测器的PN 结是横向的，所以称为横向PIN光电探测器。横向PIN 光电探测器结构图如图2-1 所示，制作横向PIN 光电探测器的Si衬底是未掺杂的，所以衬底电阻率较高。耗尽区在本征Si 衬底形成，由于本征衬底是未掺杂的，所以PIN 光电探测器具有比较宽的耗尽区，因而具有比较大的量子效率和较高的响应度。然而，在横向结构的PIN 探测器中，电场强度由表面到内部迅速减小，也就是说探测器的表面集中了大部分的电场强度。在低频下，横向PIN 探测器的响应度是比较高的，但只有在表面处生成的光生载流子才是快速载流子，可以工作在高速率下。而在衬底中产生的载流子因为通过扩散运动到达电极，从而很大程度上削弱了PIN 光电探测器的性能。此外，由于标准CMOS 工艺中的衬底材料通常为P 型的，所以采用本征衬底的横向PIN光电探测器与标准的CMOS 工艺不兼容。 图2-1 横向PIN 光电探测器结构图 、 2、N 阱/P 衬底光电探测器 N 阱/P 衬底结构的光电探测器是利用N 阱与P 衬底形成的PN 结二极管来形成光生电流信号。在入射光照射下，该光电探测器的光生电流主要由P 衬底扩散电流、N 阱扩散电流和PN 结耗尽区漂移电流所构成。对于波长为850 nm的入射光，硅衬底的吸收深度约为二十微米，这导致P 衬底扩散电流占据了总光生电流的较大比例，由于衬底深处的载流子扩散时间过长，因而P 衬底扩散电流的响应速度比较慢。对于N 阱扩散电流来说，由于在亚微米CMOS 工艺中N 阱的阱深通常不到 1 μm，所以N 阱区域产生的光生载流子在到达耗尽区之前扩散距离端扩散时间少。通常来讲，N 阱扩散电流的本征带宽可达到数百兆赫兹。但与吸收深度相比，N 阱的阱深太浅，产生的光生载流子较少，因而响应度比较低。N 阱扩散电流带宽与漂移电流相比，N 阱扩散电流的本征带宽仍相对较低。下面举例 说明通常情况下各种电流的速度，如在μm 标准CMOS 工艺下，入射光波长为850nm，低掺杂的P 衬底所形成的扩散电流的本征带宽大约MHz，在高掺杂的P 衬底中形成的扩散电流带宽约为 5 MHz，比低掺杂衬底速度稍快。与衬底扩散电流相比，宽N 阱的扩散电流的本征带宽大约在450 MHz 左右，窄N 阱的扩散电流相对较快，带宽约为900 MHz，但由于N 阱/P 衬底光电探测器的带宽由P 衬底的扩散电流的本征带宽决定，所以该光电探测器整体带宽非常低。 3、叉指型P＋/N 阱/P 衬底双光电探测器 由上一小节的叙述，由于CMOS 工艺中P 衬底中产生的载流子通过扩散运动达到电极，其扩散速度和本征带宽都非常差，因此要想提高光电探测器的本征带宽必须将P 衬底产生的光生载流子消除。为了避免漂移区外衬底产生的扩散光生载流子的对探测器速度的影响，并且在标准CMOS 下不增加工艺的复杂度，文献[7，8]提出了一种叉指型双光电二极管（DPD），其结构如图2-2 所示。 图2-2 叉指型P＋/N 阱/P 衬底双光电探测器在叉指型双光电探测器中，N 阱区域的面积定义为探测器的工作面积，P+保护环包围在N 阱周围。在N 阱中，并排的长条形P+扩散区作为叉指型探测器的阳极，这种拓扑结构有利于形成尽可能多的PN 结耗尽区，从而能够收集更多的光生载流子。在叉指型双光电二极管中，叉指P+区域和N 阱构成一个叉指二极管，称为工作二极管；N 阱区域和P 衬底构成一个二极管，叫做屏蔽二极管。在标准CMOS 工艺中，不需要做任何修改就可以实现该光电探测器。当双光电探测器工作时，N 阱接到接收机接收的电源电压，P+区域和接收机的输入端连接，而P 衬底和接收机的“地”连接。由于屏蔽二极管的两个电极与接收机的电源电压和地连接，所以产生在P 衬底的扩散载流子流进了接收机的电源，没有对光接收机的输入光电流产生贡献。而由P+和N 阱构成的二极管的本身响应速度比较高，它产生的光电流输入光接收机，形成光响应。由于P+区域使用叉指形状，能够增加耗尽区的面积，提高工作二极管的响应度[8]。 4、空间调制光电探测器 由于CMOS 工艺衬底深处的慢载流子的影响，光电探测器的响应速度不能提高，为了提高光电探测器的响应速度，必须抑制或去除衬底深处的慢载流子。在标准CMOS 工艺下，空间调制光电探测器便使用了这种原理从而提高了探测器的工作速度。空间调制光电探测器由一个受光光电探测器和一个非受光光电探测器组成，由于衬底产生的低速载流子被探测器通过光电流之差消除，所以空间调制探测器的工作速度得到了明显的提高[9，10]。其结构如图2-3 所示，空间调制光电探测器的结构能够兼容与商用CMOS 工艺。 % 图2-3 空间调制探测器结构图 空间调制光电探测器包括一个收集快载流子和慢载流子的受光探测器（immediate detector）和一个只收集慢载流子的非受光探测器（deferreddetector）。非受光探测器通过覆盖金属2（选择金属 2 一直到金属 5 更佳）使入射光屏蔽。当入射光照射到探测器时，被金属覆盖的探测器不能接受光照，只产生扩散光生载流子，即慢载流子。受光探测器吸收光照，同时产生快光生载流子和慢光生载流子，即载流子的分布被空间调制探测器表面的金属调制了。如果我们将受光探测器产生的光电流和非受光探测器产生的光电流相减，那么就能消除扩散成分所导致的影响，去除因扩散成分产生的光电流的托尾而提高了整体的响应速度。但这样相减的前提是载流子的调制实际要远远小于载流子的消失时间，也就是说只有在光照入射的很短的一段时间内载流子分布才是被调制的，其他的时间载流子在这两个区域是分布均匀的。分析表明，衬底掺杂浓度越小，叉指周期长度越小，空间调制光电探测器的带宽越宽。空间调制光电探测器具有两个缺点：一、通过差分相减的方式消除了来自衬底的慢载流子，虽然提 高了探测器的速度，但对于N 阱/P 衬底光电二极管来说，也损失了非常大的响应度；二、在空间调制光电探测器中，非受光探测器和受光探测器的面积相等，所以只有一半探测器的面积用来产生快载流子，几乎损失了一半的响应度[11]。 常见的标准CMOS 光电探测器 常见的光电探测器均是基于PN 结来构造的，其原理是利用N型半导体区域和P 型半导体区域形成的PN 结耗尽区（即光电二极管）来进行光信号探测。 1、* 2、N+/PWELL 光电探测器 常见的标准CMOS光电探测器如图2-4所示的N+/PWELL 光电探测器，其原理是减小P-SUB 区慢扩散光生载流子的影响，利用N＋和PWELL 形成的PN 结耗尽区来形成具有较高本征带宽的光生电流信号，但由于是制作在P-SUB 上，而PWELL 与P-SUB 都是P 型半导体区域，这将导致N＋/PWELL 光电探测器不能实现与P-SUB 有效隔离，即P-SUB 区的慢光生载流子仍能以一定的几率扩散至N＋与PWELL 形成的PN 结耗尽区并形成光生电流，因而本征带宽不是很高。 图2-4 N+/PWELL 光电探测器 ： 2、P＋/NWELL/P-SUB CMOS双光电探测器 N+/PWELL 光电探测器结构改进为如图2-5所示的P＋/NWELL/P-SUB 双光电探测器结构。在结构中构造出两个二极管，其中的工作二极管由P＋和NWELL 形成，屏蔽二极管则由NWELL 和P-SUB 形成。当该双光电探测器处于工作状态时，P＋区的引出电极为输出端，NWELL 的引出电极连接电源（VDD），P-SUB 的引出电极则连接至地（GND）。此时两个二极管均处于反偏状态。由于电源和地均等效为交流地，故在交流状态下NWELL/P-SUB 屏蔽二极管完全被短路至交流地。由于P-SUB 区光生载流子完全被屏蔽二极管所吸收，不能扩散到工作二极管区域，因而P-SUB区光生载流子形成的扩散电流完全被短路至交流地，从而彻底消除了P-SUB 区慢扩散载流子对光电探测器响应速度的限制。此外，该双光电探测器还利用插指型P+区使工作二极管的PN 结耗尽区最大化，从而可迅速地收集工作二极管区域内的光生载流子，使光电探测器的响应度和本征带宽得到了进一步提高。 图2-5 P＋/NWELL/P-SUB CMOS双光电探测器 3、差分光电探测器 、 基于P+/NWELL 型PN 结的全差分光电探测器，其结构图见2-6。该全差分光电探测器由两个形状和尺寸完全相同且对称的方形P+/NWELL/P-SUB 双光电二极管组成，且每个双光电二极管的受光区域面积为总受光区域面积的一半。由P＋/NWELL/P-SUB CMOS双光电探测器的工作原理可得该结构的优点是避免慢光生载流子大大降低光电探测器的本征带宽和光信号探测速度。提高了响应度。但不足之处是设计较为简单，不能达到较好的全差分特性。 图2-6基于P+/NWELL 型PN 结的全差分光电探测器 谐振腔增强型光电探测器 # （1）、PIN RCE光电探测器 该类型的探测器能够成为高速光电探测的首要选择的器件[12]，主要基于其噪声小、暗电流特性好。工作波长在μm 左右，由Dentai等人报道了的InGaAs / InGaAs / InP结构的RCE PIN光电探测器[13]。器件如图2-7 所示，入射光垂直进入器件，上下反射镜都是由Brag反射镜构成，合理的优化设计反射镜的堆栈结构，调整顶部反射镜、底部反射镜的反射率，以及谐振腔腔体的尺寸厚度，使得器件的量子效率达到最大值。、Rt表示顶部反射镜的反射率，Rb表示底部反射镜的反射率，当Rt=，Rb=，吸收层的厚度为200nm时，器件的最大量子效率为82%。 图2-7 谐振腔增强型PIN光电探测器的结构图 （2）、RCE肖特基(Schottky)光电探测器 （ RCE Schottky光电探测器是首批被报道的RCE 器件之一[14]。光从顶层入射时金属层的透光较差，所以顶层应换成半透明层Schottky接触。近年来谐振腔增强结构的光电探测器是光电子器件的主要新种类，它很好的解决了普通光电二极管量子效率和带宽间相互约束的关系，所以RCE光电探测器对肖特基型光电检测器具有很大的影响力。 现已报道光电二极管的3dB响应带宽可做到l00GHz[37]，其采用的谐振腔结构。采用分子束外延法MBE（molecular beam epitaxy）来生长反射镜结构，顶层反射镜为Au接触层，在Au接触层上再淀积一层Si3N4增透膜来增加透光，底层反射镜是由AlAs-GaAs材料组成DBR反射镜结构。并通过合理的优化设计InGaAs吸收层在谐振腔腔体中的位置，使得光生载流子的输运时间最短，从而提高探测器的响应速率。 （3）、金属/半导体/金属(MSM)结构的RCE光探测器 MSM结构基于其平面配置结构电极，本身电容较小，极易获得高的响应带宽（20~50GHz）[15,16]，谐振微腔的引入，进一步缩小了器件的响应光谱宽（<1nm）。虽然响应带宽较高，但量子效率仍然不高。若入射光光照是mw级的照射，其生成的响应电流仅有nA级别。 （4）、RCE雪崩光电二极管(APD) RCE雪崩光电二极管的结构也得到很大的关注和研究，并有相应的成果展示[18,19]。电子在跃迁的过程中得到足够多的能量，同时在电场的作用力下加速，形成碰撞电离，形成的电子-空穴对在电场的作用下加速，进而产生更多的电子-空穴对，这就是二极管的雪崩倍增效应，使得光电二极管在低压下即可获得较大增益，增益区电场强度得到了增强，器件可在小功率下工作。 现在，已报道的实际测得的RCE光电探测器最好的性能指标为：量子效率73%，光谱响应半峰宽为，接近理论上的极值，很难在保持量子效率很高的同时获得窄的谱线宽。另外，由于驻波效应的影响，吸收层的位置也会对量子效率造成影响[20]。当吸收层非常薄时（<200nm），可采用改变谐振腔的腔长或者材料来进行调谐时，吸收层位置的微小移动将会影响吸收层中的光电场分布在最值的 之间波动，影响器件的量子效率。 （5）SOI基CMOS RCE光电探测器 普通的RCE光电探测器利用VCSEL激光器提供光源，其入射光方式都是垂直入射，在衬底上依次生长底层DBR层、吸收层、顶层DBR。为了结构的简单，有些顶层DBR直接利用空气与半导体界面的反射，其反射率约为34%。 《 图2-8 基于SOI CMOS工艺的RCE光电探测器的基本结构 P+P+P+P+ Si膜 P-substrate Nwell N+P+ N+ 图2-9 SOI基CMOS RCE光电探测器的结构 SOI 基CMOS RCE光探测器的DBR顶镜反射镜采用Si-SiO2组成，底部反射镜由材料本身的埋氧化层厚度决定，PN结的耗尽区作为器件的吸收层，来设计850nm 通信波段的RCE光探测器，器件结构如图2-8、2-9所示。入射光透过顶部反射镜进入谐振腔，在上下反射镜构成的谐振腔作用下光在其中来回的行进，若腔体 设计合理，可使得光波得到谐振增强，耗尽层中吸收的光能量转化为电信号输出。 、 三、光电探测器的现状评述及未来预测 目前，随着光纤通信、红外遥感和军事应用需求的不断增长促进了半导体光电器件及其光电路的发展。围绕着光电系统开展各种关键技术研究，以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器。光电探测器作为光纤通信中解复用接受技术的关键器件之一，未来应该具有一些鲜明的特点：信道中心波长位置可以调谐、高速、单片集成，相应的其他一些特点也应该具有：信道波长的分辨能力强、调谐时间短、温度稳定性高、结构密集，成本低等。响应度与量子效率之间相互约束的问题不仅在RCE光电探测器这种结构的器件上得以解决，同时还使其具有量子效率高、响应度高以及波长选择等特性，成就了谐振腔型光电探测器的在WDM系统中的解复用接受应用的理想选择。不过，还有部分需要改进，如可调谐、较好的通带性能、易于集成等。所以，还是需要进一步的研究RCE光电探测器的性能，以期这些特性的实现。 四、参考文献 [1] Mao Luhong, Simulation and Design of a CMOS-Process-Compatible High-Speed Si-Photodetector, CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS Feb., 2002 [2] Daniel Durini ,Photodetector Structures for Standard CMOS Imaging Applications,2007,12 [3] Sunil S. 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Electron Device, 2001,48(9):1892~1902 [11] 余长亮，毛陆虹，肖新东，一种新颖全差分光电集成接收机的标准CMOS实现，光电子?激光， 2009，20(4)：432~435 [EI: 091214] [12] 刘凯,黄永清,任晓敏. 考虑不同层材料折射率差时的谐振腔增强型光电探测器分析[J].光电 子·激光,1998,9(5): 360-371. [13] B. M. Onat, M. Gokkavas, et al. 100GHz resonant cavity enhanced schottky photodiodes [J]. Photonics Technol. Lett, 1998, 10(5):707-709. [14] U. Prank, et al. MSM photodetector with integrated fabry-perot resonantor for wavelength demultiplexing high bandwidth receivers [J]. Appl. Phys. Lett, 1993, 62(2):129-130. [15] S. L. Zhou, D. P. Peng, Y. L. Qin, et al. On the performance analysis and design of a novel shared-layer integrated device using RCE p-i-n PD/SHBT [J]. Proc. of SPIE, 2007, 6782: 0J1-0J8. [16] S. S. Murt, K. A. Anselm, et al. Resonant-cavity-enhanced (RCE) separate absorption and multiplication (SAM) avalanche photodetector (APD) [J]. Photonics Technol. Lett. 1995, 7(12):1486-1488. [17] E. Mao, D. R. Yankelevich, et al. 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Quantum Electron, 2000, 36(3):325-332. 中远红外探测器发展动态 1 红外光电探测器的的历史 红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用按照探测过程的物理机理，红外探测器可分为两类即热探测器和光电探测器。光电探测器的工作原理是目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、响应速度快的优点，光电探测器在预警、精确制导、火控和侦察等红外探测系统中得到广泛应用。 红外焦平面阵列可探测目标的红外辐射，通过光电转换、电信号处理等手段，可将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，是集光、机、电等尖端技术于一体的红外光电探测器H。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。红外光电探测器研究从第一代开始至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代。第一代(1970s～1980s)主要是以单元、多元器件进行光机串／并扫描成像，以及以4×288为代表的时间延迟积分(TDI，time delay integration)类扫描型(scanning)红外焦平面列阵。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构，且灵敏度低。第二代红外光电探测器是小、中规格的凝视型(staring)红外焦平面列阵。M×N凝视型红外焦平面探测元数从1元、N元变成M×N元，灵敏度也分别从l与N1/2增长M×N1/2倍和M1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。 目前，正在发展第三代红外光电探测器。探测器具有大面阵、小型化、低成本、双色(two-color)与多色(multi-color)、智能型系统级灵巧芯片等特点，并集成有高性能数字信号处理功能，可实现单片多波段融合高分辨率探测与识别。因此，本文将重点综述三代红外光电探测器的材料体系及其研究现状，并分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。 2 三代探测器的材料体系与发展现状 红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列阵器件的材料则很少。目前，主要有传统的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。作为 光电子技术论文报告 题 光电探测器 目 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导教师： 完成日期： 本文主要对光电探测器进行探究，重点介绍光电二极管和光电倍增管，光电二极管中主要介绍PIN光电二极管和雪崩光电二极管。对相应的光电探测器的结构、原理、特性参数及应用范围等展开探讨，以进一步了解光电探测器。 关键词：PIN光电二极管雪崩光电二极管光电倍增管 第一章引言 (1) 第二章光电二极管 (2) 2.1 PIN光电二极管 (2) 2.1.1工作原理 (2) 2.1.2结构 (2) 2.1.3影响因素 (3) 2.2 雪崩光电二极管 (3) 2.2.1工作原理 (3) 2.2.2 影响响应速度的因素 (4) 2.2.3 优点 (4) 第三章光电倍增管 (5) 3.1结构 (5) 3.2使用特性 (5) 第四章结论与讨论 (9) 第五章参考文献 (10) 第一章引言 光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。 第二章光电二极管 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.1 PIN光电二极管 PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的 PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 2.1.1工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N 型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 2.1.2结构 在P型半导体和N型半导体之间夹着一层本征半导体。因为本征层相对于P 区和N区是高阻区这样，PN结的内电场就基本上全集中于I 层中。如图所示： 《光电传感器及原理》课程设计报告 设计名称 :光电式转速测量传感器 专业: 成员姓名: 成员学号: 指导老师: 光电式转速测量传感器 一、光电式转速传感器工作原理框图: 二、光电式转速传感器工作原理 <一 >直射式是在待测转速轴上固定一带孔的调制盘, 在调制盘一边有激光器产生一恒定光源, 透过盘上的小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上, 转换成相应的电脉冲信号, 经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号, 脉冲信号由计数装置计数, 则通过计算可知该转速轴的转速。 光电直射数字式转数表原理图 <二 >反射式是在待测转速的轴上固定一个涂有黑白相间条纹的圆盘,他们具有较大的反射率差,当轴转动时,反光与不反光交替出现,光敏间断的接受反射信号,转换成脉冲信号,经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号, 脉冲信号由计数装置计数, 则通过计算可知该转速轴的转速。 光电反射数字式转数表原理图 每分钟转速 n 与脉冲频率 f 的关系如下: n=60*f / N 式中N为转盘上的空数或白条纹数例如:空数 N=60 ,光电转换器的输出脉冲号频率为 4.8KHZ , 则 n=60*f / N=4800r/min 四、光电转速传感器优点 1、光电转速传感器为非接触式转速表 光电转速传感器采用光学原理制造,属于非接触式转速测量仪表,它的测量距离一般可达 200mm 左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触,不会对被测量轴形成额外的负载,因此光电转速传感器的测量误差更小,精度更高。 2、光电转速传感器的结构紧凑 光电转速传感器的结构紧凑, 主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成,因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致,一般重量不会超过 200g , 非常便于使用者的携带、安装和使用。 3、光电转速传感器的抗干扰性好 光电转速传感器多采用 LED 作为光线投射部件,极少会出现光线停顿的情况,也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外, 光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的, 有极强的抗干扰能力,不会受普通光线的干扰。 4、光电转速传感器的测量能力好 光电转速传感器的可采用光纤封装, 可于测量微小的物体, 特别是微小旋转体的测量, 特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电转速传感器的运行稳定, 有良 好的可靠性, 测量的精度较高,能满足使用者的测量要求。 光电探测器原理 光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴，而高能态产生一个 自由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多 第一章： 1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？ 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制] 作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。 第二章： 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确； 准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少； 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近； 误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？ 答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。 NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率：定义；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章： 1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？ 答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？ 答：1.波长（光谱）特性2.发光强度（光功率）3.光源稳定性（强度、波长） 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答：在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。 4、色温，配光曲线的概念及意义 答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的 暗电流形成及其稳定性分析 综述报告 目录 光电探测器基本原理 (2) 1.1 PIN光探测器的工作原理 (2) 1.2雪崩光电二极管工作原理 (3) 暗电流的形成及其影响因素 (4) 2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4) 2.1.2复合电流特性 (5) 2.1.3表面复合电流特性 (5) 2.1.4欧姆电流特性 (5) 2.1.5隧道电流特性 (6) 2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8) 2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10) 2.4温度特性对暗电流影响 (11) 暗电流稳定性分析小结 (12) 参考文献 (13) 光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。。本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。 光电探测器基本原理 光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。 1.1 PIN光探测器的工作原理 在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。 PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。 光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应 的入射光子并不直接将光电子从光电材料内 部轰击出来，而只是将光电材料内部的光电 子从低能态激发到高能态。于是在低能态留 下一个空位——空穴，而高能态产生一个自 由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多 雪崩光电探测器 雪崩光电探测器光电探测器是将光信号转变为电信号的器件，雪崩光电探测器采用的即是雪崩光电二极管(APD) ，能够具有更大的响应度。APD将主要应用于长距离或接收光功率受到其它限制而较小的光纤通信系统。目前很多光器件专家对APD 的前景十分看好，认为APD 的研究对于增强相关领域的国际竞争力，是十分必要的。雪崩光电探测器的材料1)Si Si 材料技术是一种成熟技术，广泛应用于微电子领域，但并不适合制备目前光通信领域普遍接受的 1.31mm,1.55mm 波长范围的器件。 2)Ge Ge APD 虽然光谱响应适合光纤传输低损耗、低色散的要求，但在制备工艺中存在很大的困难。而且，Ge的电子和空穴的 离化率比率( )接近1，因此很难制备出高性能的APD 器件。 3)In0.53Ga0.47As/InP 选择In0.53Ga0.47As 作为APD 的光吸收层，InP 作为倍增层，是一种比较有效的方法[2] 。In0.53Ga0.47As 材料的吸收峰值在 1.65mm, 在 1.31mm,1.55mm 波长有约为104cm-1 高吸收系数，是目前光探测器吸收层首选材料。In0.53Ga0.47As 光电二极管比起Ge 光电二极管，有如下优点：（1） In0.53Ga0.47As 是直接带隙半导体，吸收系数高；（2） In0.53Ga0.47As 介电常数比Ge 小，要得到与Ge 光电二极管相 同的量子效率和电容，可以减少In0.53Ga0.47As 耗尽层的厚度，因此可以预期In0.53Ga0.47As/InP 光二极管具有高的效应和响应；（3）电子和空穴的离化率比率（）不是1，也就是说In0.53Ga0.47As/InP APD 噪声较低；（4） In0.53Ga0.47As 与InP 晶格完全匹配，用MOCVD 方法在InP 衬底上可以生长出高质量的In0.53Ga0.47As 外延层，可以显着的降低通过p-n 结的暗电流。（5）In0.53Ga0.47As/InP 异质结构外延技术，很容易在吸收区生长较高带隙的窗口层，由此可以消除表面复合对量子效率的影响。 4）InGaAsP/InP 选择InGaAsP 作为光吸收层，InP 作为倍增层,可以制备响应波长在1-1.4mm ，高量子效率，低暗电流，高雪崩增益得的APD 。通过选择不同的合金组分，满足对特定波长的最佳性能。 ）InGaAs/InAlAs ln0.52AI0.48As 材料带隙宽（1.47 eV）,在 1.55 mm 波长范围不吸收，有证据显示，薄In0.52Al0.48As 外延层在纯电子注入的条件下，作为倍增层材料，可以获得比lnP 更好的增益特性。 6）InGaAs/InGaAs（P）/InAlAs 和InGaAs/In（Al ）GaAs/InAlAs 材料的碰撞离化率是影响APD 性能的重要因素。研究表明[6] ，可以通过引入InGaAs（P）/InAlAs 和In（Al ）GaAs/InAlAs 超晶格结构提高倍增层的碰撞离化率。应用超晶格结构这一能带工程可以人为控制导带和价带值间的非对称性带边不连续性，并保证 报警系统由哪几部分组成？ 简单的报警系统由前端探测器、中间传输部分和报警主机组成。大一些的系统也可将探测器和报警主机看做是前端部分，从报警主机到接警机之间是传输部分，中心接警部分看做是后端部分。 报警系统按信息传输方式不同，可分哪几种？ 按信息传输方式不同，从探测器到主机之间可分为有线和无线2种。从主机到中心接警机之间也可分为有线和无线2种，其中有线系统还可分为基于电话线传输和基于总线传输2种类型。 探测器分为哪几种类型？市面上常见的有哪些类型？ 红外、微波、震动、烟感、气感、玻璃破碎、压力、超声波等等。其中红外探测器还可分为主动红外和被动红外，烟感还可分为离子式和光电式。市面上常见的有红外探测器（被动红外）、对射、栅栏（主动红外）、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器。 主动红外探测器的工作原理？ 主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理？ 被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅尔透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度（-273o）的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理？ 微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，即f发=f收，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，即f发≠f收，此时微波探测器将发出报警信号。 什么是双元红外探测器？什么是四元红外探测器？ 光电探测器的几种类型 红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子电子或空穴、，引起电学性能变化。因为载流子不逸出体外，所以称内光电效应。量子光电效应灵敏度高，响应速度比热探测器快得多，是选择性探测器。为了达到性能，一般都需要在低温下工作。光电探测器可分为： 1、光导型： 又称光敏电阻。入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。截止波长由杂质电离能决定。量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。 2、光伏型： 主要是p－n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。外电路就有电压或电流信号。与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。 3、光发射－Schottky势垒探测器： 金属和半导体接触，典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层为PtSi吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024×1024甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效率低的缺陷。有严格的低温要求。用这类探测器，国内外已生产出具有像质良好的热像仪。PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPA。 4、量子阱探测器QWIP： 将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。90年代以来发展很快，已有512×512、640×480规模的QWIPGaAs/AlGaAs焦平面制成相应的热像仪诞生。因为入射辐射中只 一`光电探测器 第一节 光辐射探测器的主要指标 光信号的探测是光谱测量中的重要一环，在不同的场合和针对不同的目的所采用的探测器也不同，最重要的考虑是探测器的应用波长范围、探测灵敏度以及响应时间。光探测器是将光辐射能转变为另一种便于测量的物理量的器件，它的门类繁多，一般来说可以按照在探测器上所产生的物理效应，分成光热探测器、光电探测器和光压探测器，光压探测器使用得很少。本章将着重介绍光谱学测量中常用的探测器。 光热探测器是探测元件吸收光辐射后引起温度的变化，例如光能被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高，因此对光能的测量可以转变为对温度变化的测量。这种探测器的主要特点是：具有较宽的光波长响应范围，但时间响应较慢，测量灵敏度相对也低一些，经常用于光功率或光能量的测量。 光电探测器是将光辐射能转变为电流或电压信号进行测量，是最常使用的光信号探测器。它的主要特点是：探测灵敏度高，时间响应快，可以对光辐射功率的瞬时变化进行测量，但它具有明显的光波长选择特性。光电探测器又分内光电效应器件和外光电效应器件，内光电效应是通过光与探测器靶面固体材料的相互作用，引起材料内电子运动状态的变化，进而引起材料电学性质的变化。例如半导体材料吸收光辐射产生光生载流子，引起半导体的电导率发生变化，这种现象称为光电导效应，所对应的器件称为光导器件；又如半导体PN 结在光辐照下，产生光生电动势，称为光生伏特效应，利用这种效应制成的器件称为光伏效应器件。 外光电效应器件是依据爱因斯坦的光电效应定律，探测器材料吸收辐射光能使材料内的束縛电子克服逸出功成为自由电子发射出来。 P k E h E -=ν ---------------------------------- (2.1-1) 上式中 νh 是入射光子的能量，E p 是探测器材料的功函数，即光电子的逸出功，E k 是光电子离开探测器表面的动能。这种探测器有一个截止频率和截止波长C ν和C λ： h p E c = ν , () ()nm eV E E hC p p C 1240= = λ --------(2.1-2) 光电式传感器 1.概述 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 1887年，赫兹发现光电效应，爱因斯坦第一个成功解释光电效应。爱因斯坦根据普朗克量子假说而进一步提出的光量子，即光子概念，对光电效应研究做出了决定性的贡献。爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为n，那么每个 光子的能量为E＝hv, 动量为。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是： (1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = hv，动量 为。由N个光子组成的光子流，能量为N hv。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动 能，所以对于电子应有： 2.2 内光电效应 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 光电效应：当具有一定能量E的光子投射到某些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变化，从而实现了光—电转换过程。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应。属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。 2.2.1光电导效应 光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应（又称为光电效应、光敏效应），即光电导效应是光照射到某些物体上后，引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 学习情境（项目）5授课说明 学习领域名称：家电传感器应用授课教师：课程总学时： 72 项目5：节能灯与光电传感器学时数： 16 累计学时： 48 授课时间安排与执行记录 授课班级 智能家电授课地点 授课日期资讯7 10月6日1-4 节 家电产品控制 实训室 计划0.5 10月9日1-4 节 家电产品控制 实训室 决策0.5 家电产品控制 实训室 实施 6 家电产品控制 实训室 检查 1 家电产品控制 实训室 评估 1 家电产品控制 实训室 参考资料PPT、网络资源、节能灯控制电路 教学方法宏观：引导文法微观：见下 教学目标 知识目标： 1.光电式传感器的分类及工作原理 2.光电式传感器特性 3.红外热释电传感器的分类及工作原理 4.红外热释电传感器特性 5.菲尼尔透镜工作原理及作用技能目标： 6.测量电路构成； 7.光敏电阻在节能灯智能控制中的作用 8.红外热释电传感器实际应用中的安装 9.光敏与红外热释电在节能灯控制策略 中的实施 态度目标： 10.培养学生的沟通能力及团队协作精神 11.养成良好的职业道德 12.提高质量、成本、安全、环保意识 重点： 13.红外热释电传感器特性 1.测量电路 2.光敏电阻的选用与电路设计 3.光敏与红外热释电在节能灯控制策略中的实施 难点： 1.各类光电式传感器的工作原理 2.光电式传感器的特性 3.菲尼尔透镜工作原理及作用 资讯：7学时（注：1学时=45 min，下同） 教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注 1．目标描述下发设计任务书，描述项目学 习目标 实物展示、PPT 设计任务书 讲授法 演示法 15 min 下发引导文 2．布置任务1）交代项目任务 2）发放相关学习资料 PPT 讲授法 演示法 15 min 光谱用光电探测器介绍 -卓立汉光公司----(转载请注明出处） 光探测器按照工作原理和结构，通常分为光电探测器和热电探测器，其中光电探测器包括真空光电器件（光电倍增管等）和固体光电探测器（光电二极管、光导探测器、CCD等）。 ● 光电倍增管（PHOTOMULTIPLIER TUBES，PMT） 光电倍增管（PMT）是一种具有极高灵敏度的光探测器件，同时还有快速响应、低噪声、大面积阴极（光敏面）等特点。 典型的光电倍增管，在其真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大；放大后的电子被阳极收集作为信号输出（模拟信号输出）。因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。 从接受入射光方式上来分，光电倍增管有侧窗型（Side-on）和端窗型（Head-on）两种结构。 侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从更大面积的光敏面（几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极）。端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 由于外加电压的变化会引起光电倍增管增益的变化，对输出的影响很大，因此对供给光电倍增管的工作电源电压要求较高，必须有极好的稳定性。卓立汉光的HVC系列高压稳压电源，其稳定性能达到±0.03%/h，非常适合作为光电倍增管高压电源。 同时需要注意的是，由于光电倍增管增益很大，一般情况不允许加高压时暴露在日光下测量可见光，以免造成损坏，作为光探测器使用时，需要将光电倍增管进行密封。卓立汉光所提供的光电倍增管封装严格按照要求进行封装，保证客户的正常安全使用。 另外，光电倍增管受温度影响很大，降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流。特别是在使用长波（近红外波段，俗称红敏）光电倍增管时，应当严格控制光电倍增管的环境温度。此外，大多数的光电倍增管会受到磁场的影响。磁场会使电子脱离预定轨道而造成增益的减少。因而影响到光电倍增管的工作效率。因此，光电倍增管的封装要特别注意进行电磁屏蔽；卓立汉光提供的光电倍增管均进行了有效地电磁屏蔽。 ● 光电二极管（Photodiode） 光电二极管的工作原理主要基于光生伏特效应。 光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。 ● 光电导探测器（Photoconductive Detector） 光电导探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。 所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。 通常，凡禁带宽度合适的半导体材料都具有光电效应。但是制造实用性器件还要考虑性能、工艺、价格等因素。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8μm 波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。 可见光波段的光电导探测器极少用于光谱探测，通常称为光敏电阻。故卓立汉光采用的可见光波段的光探测器通常为PMT和光电二极管。 红外波段的光电导探测器PbS、Hg1-xCdxTe 的常用响应波段在1～3μm、3～5μm、8～14μm三个大气透过窗口。由于它们的禁带宽度很窄，因此在室温下，热激发足以使导带中有大量的自由载流子，这就大大降低了对辐射的灵敏度。响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3μm波段的探测器可以在室温工作（灵敏度略有下降）。3～5μm波段的探测器分三种情况：1、‘在室温下工作，但灵敏度大大下降，探测度一般只有1～7×108cm·Hz/W；2、热电致冷温度下工作(约-60℃)，探测度约为109 cm·Hz/W；3、77K或更 光电探测器 摘要 本文研究了近期崛起的高科技新秀：光电探测器。本文从光电探测器的分类、原理、主要参数、典型产品与应用、前景市场等方面简单介绍了光电探测器，使大家对光电探测器有一个初步的理解。了解光电探测材料的原理不仅有利于选择正确适宜的光电探测材料，而且对研发新的光电探测器有所帮助 一、简单介绍引入 光电探测器是指一类当有辐射照射在表面时，性质会发生各种变化的材料。光电探测器能把辐射信号转换为电信号。辐射信号所携带的信息有：光强分布、温度分布、光谱能量分布、辐射通量等，其进过电子线路处理后可供分析、记录、储存和显示，从而进行探测。 光电探测器的发展历史： 1826年，热电偶探测器→1880，金属薄膜测辐射计→1946，热敏电阻→20世纪50年代，热释电探测器→20世纪60年代，三元合金光探测器→20世纪70年代，光子牵引探测器→20世纪80年代，量子阱探测器→近年来，阵列光电探测器、电荷耦合器件（CCD） 这个被誉为“现代火眼金睛”的光电探测材料无论在经济、生活还是军事方面，都有着不可或缺的作用。 二、光电探测材料的分类。 由于器件对辐射响应的方式不一样，以此可将光电探测器分为两大类，分别是光 1 子探测器和热探测器。 ○1光子探测器：光子，是光的最小能量量子。单光子探测技术，是近些年刚刚起步的一种新式光电探测技术，其原理是利用新式光电效应，可对入射的单个光子进行计数，以实现对极微弱目标信号的探测。光子计数也就是光电子计数，是微弱光（低于10－14W）信号探测中的一种新技术。 ○2利用光热效应制作的元件叫做热探测器，同时也叫热电探测器。（光热效应指的是当材料受光照射后，光子能量会同晶格相互作用，振动变得剧烈，温度逐渐升高，由于温度的变化，而逐渐造成物质的电学特性变化）。 若将光电探测器按其他种类分类，则 按应用分类：金属探测器，非成像探测器（多为四成像探测器），成像探测器（摄像管等）。 按波段分类：红外光探测器（硫化铅光电探测器），可见光探测器（硫化镉、硒化镉光敏电阻），紫外光探测器。 2 光谱用光电探测器介绍(卓立汉光 光探测器按照工作原理和结构，通常分为光电探测器和热电探测器，其中光电探测器包括真空光电器件(光电倍增管等和固体光电探测器(光电二极管、光导探测器、CCD 等。 ● 光电倍增管(PHOTOMULTIPLIER TUBES，PMT 光电倍增管(PMT是一种具有极高灵敏度的光探测器件，同时还有快速响应、低噪声、大面积阴极(光敏面等特点。 典型的光电倍增管，在其真空管中，包括光电发射阴极(光阴极和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极(阳极的器件。当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大；放大后的电子被阳极收集作为信号输出(模拟信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。 从接受入射光方式上来分，光电倍增管有侧窗型(Side-on和端窗型(Head-on两种结构。 侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极(反射式光阴极和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型(也称作顶窗型光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极(透过式光阴极，使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从更大面积的光敏面(几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 光电探测器综述 摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成 度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集 成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量子 效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要， 也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了近十 年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对 其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。 关键词：光电探测器，Si ,CMOS Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high performance, low power consumption and low cost of photoelectric detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has become a major new challenge. Especially high response speed ，high quantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector, is not only the needs for development of optical communication technology, but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the very high research value.This paper reviews the development of different characteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses the photodetector development direction in the next few years,the study of high performance photoelectric detector, the structure, and related technology, manufacturing, has very important practical significance. : Key Word: photodetector, Si ,CMOS 一、光电探测器 概念 光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光子作用于光电导材 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 分类和工作方式 ⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。 ⑵对射型光电传感器 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 ⑶反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为中远红外探测器发展动态
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