本帖最后由 qwqwqw2088 于 2020-2-23 18:02 编辑
4、 暗电流
所谓的暗电流顾名思义就是无光照时的电流。这时虽然没有外部光子激发电子,但是半导体内部因为热效应或者杂散光等产生的载流子一样会形成电流,不过这个电流一般很小,大多nA以下。
上述是光电探测器的几个典型参数,但是不同的半导体对于光子的吸收是不一样的,除了我们最常见的如Si,Ge等,其他的新型材料也在不断出现以适用于不同的技术方案中。而对于新材料的探索可以说是目前传感检测领域最热门前沿的领域之一。
以PIN型光电二极管为例,可以看到半导体材料导致的参数差异。
二、 检测器的几种类型
1、 PN型光电检测器
PN型光电二极管是最简单的检测单元,只需要一个PN结。外加反向偏置电压后即形成光导型探测器(无偏置电压为光伏型探测器)。
入射光大部分在耗尽区被吸收,产生的载流子在电场下向左右移动形成电流。响应速度受偏置电压和半导体掺杂浓度影响。一般而言RC时间常数为数百皮秒,因此可以工作在1GHz带宽以下。不同的设计导致的带宽差异很大。
2、 PIN型光电检测器
PIN型光电二极管是为了进一步提高响应速度而出现的。因为在PN型二极管中,在P和N区产生的载流子需要扩散到耗尽区边缘,而扩散运动的速度比较慢,导致限制了响应速度的进一步提高。因此可以考虑增大耗尽区宽度。
PN之间插入的一层为非掺杂的或者轻掺杂的半导体,接近本征半导体。因此成为PIN型。中间层属于高阻抗区,因此存在较强电场,通过控制耗尽层W的宽度调节响应速度。但是过宽依然会导致载流子通过时间过长,需要平衡,典型值为20~50um。但是采用InGaAs材料则可以缩小至3~5um,大大提高探测带宽。目前用于通信领域的PIN管带宽可以做到百G以上,在波分设备中广泛应用。
3、 APD型光电检测器
雪崩型检测二极管利用的是碰撞电离的雪崩效应,其过程可类比核弹。
P+和N+为重掺杂的半导体材料,I为近似本征半导体的材料。在反向高压偏置时,入射光产生的载流子会在强电场中加速,出现碰撞电离,即倍增效应。
但是倍增过程中的不稳定性会产生倍增噪声,因此需要在速度和噪声之间权衡。
4、 PMT检测器
光电倍增管是检测领域应用最多的器件之一,其基本原理类似APD,只是增益更大,常用于极微弱光信号探测。
内部利用高压分压产生的多段电场区进行多级加速倍增。
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