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  • 固态光电探测器

    把光功率或能量转换成电量的各种半导体器件。把光量转换成电量的固态光电探测器主要有:光敏电阻、光生伏打电池(光电池)、光电二极管和光电三极管以及由它们派生出的各种光电器件,也有利用其他效应制成的器件。

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      把光功率或能量转换成电量的各种半导体器件。把光量转换成电量的固态光电探测器主要有:光敏电阻、光生伏打电池(光电池)、光电二极管和光电三极管以及由它们派生出的各种光电器件,也有利用其他效应制成的器件。
      光敏电阻(光电导管)  利用内光电效应使半导体受光照后显著改变导电性能的现象制成的器件。半导体可以是有机的或无机的、结晶型的或非晶态的;可以是单晶或多晶、薄膜烧结型、真空蒸发型、化学沉淀型或夹层型等。在半导体两端镀上电极就构成光敏电阻。
      在电极间施加电压后无光照时流过的电流称暗电流;光照后激发自由载流子,使流过的电流剧增,这部分电流称光电流。入射的光量和光电流(施加给定的电压)之间的关系曲线构成光敏电阻的光电特性。
      根据半导体材料及其掺杂类型的不同,不同的光敏电阻对不同的光谱段敏感。在可见光区使用的主要是硫化锌、硫化镉、硒化镉及其混合多晶光敏电阻;在近红外区使用的主要有硅、锗、硫化铅、锑化铟等。在中红外和远红外区工作的光敏电阻一般均需保证低温工作条件。
      光生伏打电池(光电池)  能在光的照射下产生电动势的半导体器件(见光生伏打效应)。光电池大量应用于航天器中作供电电源,并开始用作仪器或家庭供电,光电池也广泛用于光度色度仪器中。目前工业生产的大多为硅光电池,对可见和近红外光响应。
      光电二极管  能在光的照射下产生电动势或光电流的半导体器件。它的结构与光电池的相同,也是半导体结型器件,但尺寸小得多。它有两种工作方式:当不加偏置电压时,在光的照射下产生和光电池相同的电动势,这称为光电池的工作方式,其短路电流和开路电压与光量有一定关系;当加反向偏置电压(P区接电源负极,N区接电源正极)后,在光的照射下出现反向光电流,其大小与照射的光量有关,这称为光电二极管工作方式。
      PIN 光电二极管与一般光电二极管的区别在于在半导体的P区和N区间增加一层本征半导体Ⅰ 区,这样会增加PN结耗尽区的厚度,提高吸收光子的几率和减小结电容,从而提高探测效率和响应速度。
      雪崩光电二极管的反向偏置电压接近于反向击穿电压,这时光电子能通过与原子的碰撞电离释放出更多的电子,实现电子倍增,但噪声稍大。它具有高得多的探测效率和与PIN光电二极管相近的响应速度。
      光电三极管  结构与PNP或NPN半导体三极管相似,但大多没有基极引出线。光照射到集电极-基极结上,产生的光电流起着基极电流的作用,经三极管作用获得放大数倍到近百倍的集电极电流。光电三极管的探测效率比光电二极管大得多,但受结电容的影响,响应慢,只能响应几百千赫的调制光。
      参考书目
     R.J. Keyes, Optical and InfRared Detectors, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York,1977.

     

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