光电探测器分解

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 ,CMOSAbstrac 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, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum 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 thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1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。

光电探测器概述分析光敏元件是光电探测器的核心部件，用于将入射的光能量转换为电能。

常见的光敏元件包括光电二极管、光电倍增管、光电导、光敏晶体等。

其中，光电二极管是最常见的光敏元件，由P型和N型半导体材料组成，当光照射到PN结时，产生光生电流。

光电倍增管是一种具有电子增益的光敏元件，它通过二次发射效应实现光电信号的放大。

光电导是一种基于金属-绝缘-半导体(MIS)结构的光敏元件，光照射到MIS结时，产生的电子流被金属电极捕捉，从而产生电信号。

光敏晶体是一种利用光生载流子的非线性效应来实现光电转换的光敏元件，具有高速响应和高灵敏度的特点。

信号处理电路是光电探测器将光信号转换为电信号后进行进一步处理的电路部分。

常见的信号处理电路包括放大电路、滤波电路、模数转换电路等。

放大电路用于增加光电信号的幅度，以提高信噪比和灵敏度。

滤波电路则用于去除杂散信号和噪声，保留感兴趣的频段信号。

模数转换电路则将模拟电信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理和分析。

光电探测器的性能参数主要包括灵敏度、响应时间、线性度、噪声等。

灵敏度是指光电探测器对光信号的敏感程度，一般用电流-光功率转换系数和量子效率来描述。

响应时间是指光电探测器从接收到光信号到产生相应电信号的时间间隔。

线性度是指光电探测器输出的电信号与输入光信号之间的线性关系程度。

噪声是指光电探测器输出电信号中的随机波动，通常分为热噪声、暗电流噪声和光电转换噪声等。

在实际应用中，根据需要选择合适的光电探测器。

有选择的因素包括工作波长范围、动态范围、灵敏度要求、响应速度、稳定性等。

比如，在光通信领域，一般选择具有较高灵敏度和快速响应时间的光电探测器；在光谱分析领域，一般需要选择具有较高线性度和低噪声的光电探测器。

总之，光电探测器是一种重要的光电器件，具有广泛的应用前景。

随着科技的不断进步和需求的不断增长，对光电探测器的性能和特性要求也在不断提高，这就需要不断地研发和创新，以满足不同领域的应用需求。

《涨知识啦18》---光电探测器基本原理《涨知识啦18》---光电探测器基本原理现如今，光电探测器已经应用到各个领域。

通过与LED或激光二极管结合，光电探测器可用于电路隔离器、入侵报警以及激光雷达等系统，因此光电探测器的应用领域和范围都将随着时间的推移而不断扩大，本期的内容就先给大家简单介绍一下pn结光电探测器的基本工作原理。

就pn结光电探测器而言，光可以穿透至冶金结邻近区域的pn结二极管中，该区域因吸收光子而产生电子-空穴对，如下图所示。

在p型一侧或n型一侧不超过一个扩散长度的准中性区中，非平衡少数载流子扩散到耗尽区；随后，这些空间电荷区的载流子和光生载流子通过电场进行输运，即电子输运到n型层，空穴输运到p型层，该过程为二极管电流贡献了一个附加的反向电流。

假定整个二极管中光产生率G L保持一致，由于光照导致的电流增加量I L等于-q乘以单位时间内在体积为A(L N+W+L P)空间内由光产生的电子-空穴对，即光谱响应是所有光电探测器的一个重要特征。

下图是硅pn结光电探测器的光谱响应曲线。

图中的光电探测器响应只覆盖了有限的波长范围。

在大多数的光电探测器中波长上限直接由半导体能带宽度决定：如果光子能量大于吸收区的禁带宽度E G，则所吸收光子可以产生电子-空穴对；反之，当光子能量小于E G时，半导体对于光子而言几乎是透明的，因此半导体的光谱响应基本截止在λG=1.24/E G处。

另外，在光功率不变的情况下，探测器在单位时间内吸收短波长光子数的能力减小，因为针对短波长的光吸收效应更集中于半导体表面，但是多数光生载流子在扩散到耗尽区之前已经通过非辐射复合的方式被消耗掉，因此光谱响应随着波长变短而逐渐下降。

本期《涨知识啦》就到这啦！我们下期再见！以上内容选自Semiconductor Device Fundamentals, [美] Robert F. Pierret.。

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 ,CMOSAbstrac 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, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum 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 thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1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，一个能带有许多个能级。

如图三所示。

能带与能带间的能量间隙称为禁带，禁带中没有电子，电子从下往上填，被电子全部填满的能带称为满带，最高的满带称为价带，紧靠在价带上面的能带称为导带，导带只有部分被电子填充，或是全部空着。