【正文】 炸彈 表 6 APD 和 PIN 四象限探測器在制導應用中的對比 3. 使用條件 影響四象限光電檢測系統(tǒng)工作精度的因素主要包括外圍大氣環(huán)境、目標光斑大小和光斑能量分布以及系統(tǒng)本身采用的算法、器件響應差異和噪聲所帶來的四象限不均勻性 。它包括各種規(guī)格的硅光電池以及類型各異的四象限光電二極管，如四象限 PIN 光電二極管、四象限雪崩光電二極管等。 四象限光電探測器 、 常用于激光制導或激光準直中。一般將 四象限光電探測器 置于 光學系統(tǒng) 焦平面 上或稍離開 焦平面 。相關成果發(fā)布在《微尺度》上。 2021 年 ，中科院理化所賀軍輝團隊和清華大學孫家林團隊合作，在實現超寬帶光探測方面取得重要進展，制作了還原氧化石墨烯 — 硅納米線陣列異質結光探測器，實現了一個探測器就可以完成從可見光到太赫茲波的超寬帶光探測，達到了以往多個探測器同時工作才能達到的探測帶寬。 2021 年蘭州大學的魏瑩也分別設計了 PIN 型 Ge/Si 異質結光電探測器和 SACMAPD 型 Ge/Si異質結光電探測器系統(tǒng)，并從二者的工作機理和對探測器探測性能兩方面著手提出了優(yōu)化計算模型，配以工藝技術分析了其未來發(fā)展趨勢。波導型光電探測器將光的傳播方向與光生載流子的運動方向分開 ， 不僅提高了響應度和帶寬 ， 并且容易與波導、調制解 調器等更好的集成在一起。隨后 ， Vivien也報道了在 SOI襯底上制備的 Ge波導型光電探測器 ， 外 加偏壓為 6 V時帶寬高達 42 GHz。對于 SACMAPD型 Ge/Si異質結探測器，在較高的光輻射或高外加偏壓的情況下，受到雪崩倍增產生的載流子形成的空間電荷效應影響，雪崩增益下降，而器件的響應頻率帶寬增大 ， 在某一偏壓下，探測器有最大增益帶寬積。采用 Ge/Si異質結制備的光電探測器對光信號的響應度增大，響應截止波長向長波長延伸。 3. 使用條件 以 Ge/Si 異質結光電探測器為例： 降低 Ge外延層、特別是 Ge 緩沖層的位錯密度可以有效的降低器件的暗電流 。因為光吸收主要限制在窄帶材料中，窄帶材料參數對得到優(yōu)良的器件起決定性的作用。對 p 型材料的表面進行鈍化處理，以有效的減 小表面復合。因為 p型 材料中的少子 電子擴散長度大，壽命大，即復合幾率比較小，所以光吸收大，量子效率大。例如 Np 結構的異質結的探測器的性能比 Pn 結構的探測器性能好。 圖 2 GaInAs/InP PIN PD 器件結構 2. 性能參數 以 異質結光伏型紅外探測器為例： 在異質結構的探測器里面，只有隧穿噪聲和產生 復合噪聲對探測度起主要作用。器件剖面結構如下圖所示。 PIN 外延結構由 GaInAs腐蝕終止層及隨后 nInP， 緩變帶隙層 (GBL)， 190nm 厚無意摻雜 GaInAs 有源層 ， 另一 GBL， pInP層 ， p+GaInAs 接觸層。 長期工作的穩(wěn)定性 方面：以光電二極管、光電池為最好，其次是光電倍增管與光電三極管。 外加 偏置電壓最低的是光電二極管、光電三極管，光電池不需外加偏置。 在靈敏度方面，以光電倍增管、雪崩光電二極管、光敏 電阻 和光電 三極管 為最好。 表 5 西方發(fā)達國家碲鎘汞 APD 探測器陣列研究計劃及用途 硅光電池、三極管、二極管、 PIN、 APD 性能參數對比總結 在動態(tài)特性（即頻率響應與時間響應）方面：以光電倍增管和光電 二極管 （尤其是 PIN管與雪崩管）為最好。研究表明，與傳統(tǒng)的 InP/InGaAs APD 相比， Si/Ge APD 具有 GBP 高 (＞ 200GHz)﹑擊穿電壓低 (27 V)﹑擊穿電壓溫度系數低 (＜ V /℃ )﹑過剩噪聲因子低 、 整個生產工藝與標準 CMOS 制程完全兼容和易于與 TIA 等后續(xù)電路實現單片集成等一系列優(yōu)點，是光通信領域近年來研發(fā)的熱點 。Si/Ge APD增益層 Si的 k 值 ＜ ，說明 Si最有希望作為光通信用 APD 的增益層候選材料 。 對于傳統(tǒng)的 InP/InGaAs APD，由于增益層 InP 材料的 k值在 — ，在滿足一定靈敏度要求條件下，增益帶寬積 (GBP)通常只能達到 100 GHz 左右 。 4. 應用領域 安檢設備、激光測距、運動控制、分析儀器、生物醫(yī)療、光通信、軍事、航空航天。 所以要設法將雪崩管中的耗盡層分為吸收漂移區(qū)和高場倍增區(qū) ， 讓入射光盡量在漂移區(qū)中被吸收而產生初始光生電子空穴對 ， 然后只讓其中 一種類型的載流子進入高場強區(qū)域產生倍增。 若外界環(huán)境溫度增加 ， 則噪聲將會大幅度增加 。 APD 具有一個內部的增益機制，可以快速響應，在紫外到近紅外區(qū)域 靈敏度 極高 。電離產生的載流子數遠大于光激發(fā)產 生的光生載流子數，這時雪崩光電二極管的輸出電流迅速增加。它利用光生載流子在強電場內的定向運動產生雪崩效應，以獲得光電流的增益。然而 ， MSM探測器與 PIN 探測器比較 ， 量子效率低 ， 暗電流大。為了得到高的響應度 ， 使用叉指式的平面結構。近來 Ge在 Si襯底上外延層的沉積工藝技術使 Ge更有吸引力 ， 因為它容易與 Si集成電路技術兼容。 Ge有達到高速性能的潛力 ， 因為它在電信波長有高的電子遷移率和高的光吸收系數。至今 ， 許多這個工作都集中在班Ⅲ Ⅴ 族化合物半導體的長波長光電探測器。 4. 應用領域 光纖通信、傳感、測距 ； 可見光至近紅外領域的光探測 ； 快速光脈沖檢測 ； 各種工業(yè)控制系統(tǒng) 。 3. 使用條件 較低的偏置可獲得寬帶性 ， PIN 型光電探測器的頻率響應主要受到載流子在耗盡區(qū)的渡越時間和 RC響應時間的限制。為改善器件的特性，在 PN結中間設置一層本征半導體 (稱為 I)，這種結構便是常用的 PIN光電二極管。 4. 應用領域 醫(yī)療儀器 、 SpO 血液分析 、 高速光通信 、 激光測距儀 。 3. 使用條件 光電二極管在較小負載電阻下，入射光功率與光電流之間呈現較好的線性關系。 Si光電二極管光譜響應范圍： ~ m，峰值響應波長約為 μ m， 電流響應率通常在~05μ A/μ W。它的型號為 2DU 型。它的型號是 2CU型。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網印刷，切磨拋工藝，千方百計進一步降成本，提高效率，大晶粒 多晶硅光電池 的轉換效率最高達 %。國際公認最高效率在 條件下為 24%，空間用高質量的效率在 AM0條件約為 %，地面用大量生產的在 AM1條件下多在 1118%之間。單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為 Φ10 至 20cm的圓片，年產能力 46MW/a。 4. 應用領域 近紅外探測器、光電讀出、光電耦合、 激光 增加準直、電影還音等設備的光感受器。其優(yōu)點： 不消耗常規(guī)能源 、 光譜響應范圍寬 、 線性響應好 、 無轉動部件 、 壽命長 、 維護簡單 、 使用方便 、 功率大小可任意組合 、 無噪音 、 無污染 、 性能穩(wěn)定等。 硅光電池 1. 工作原理 晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用 P 型（或 n 型）硅襯底，通過磷（或硼）擴散形成 Pn 結而制作成的，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。目前，人們努力進一步探索光電效應、光熱效應等的新現象及其在 InSb 紅外焦平面陣列和新型光電探測器件上的創(chuàng)新應用。 InSb 紅外焦平面陣列物理模型和器件制備技術進一步規(guī)范。 2021 2021InSb 與可見光組合成低幀頻、雙色相機已有 報導用于戰(zhàn)場和環(huán)境監(jiān)視。 4. 應用領域 熱成象 、搜尋熱目標、輻射計、光譜鑒定、 FTIR 5. 發(fā)展趨勢 InSb 工作波段在中波是目前使用最廣泛，研究最成熟，軍用中用于尋的頭的常取 128 128元凝視型陣列，因為有較好的性能 /價格比，美、英、德和以色列等國研制的新型空 空導彈都使用了這 一規(guī)格。光伏型探測器電壓輸出在 PN 結兩端，在芯片的上下兩方，因而宜于做成大規(guī)模焦平面陣列探測器。銻化銦 沒有波長可調能力和多色能力。光伏型探測器電壓輸出在 PN 結兩端，在芯片的上下兩方，因而宜于做成大規(guī)模焦平面陣列探測器。這就是光伏型探測器。如果通過適當的摻雜，使得半導體材料的不同區(qū)域分別具有 N 型 P 型的導電類型，在兩者的交接面處就形成了 PN 結。電導率的改變與入射光子通量有關。光導型探測器是一種最基本的光子型探測器。并且在劇烈的環(huán)境溫度沖擊下，探測器也能正常工作。Hz1/2在光敏面為 3mm 3mm時，薄膜方阻 R□ 約為 1M?左右 ， 光電導靈敏度 S 最大可達 100%，滿足紅外探測器對材料性能的要求。 此外， 2021 年李國偉 采用化學浴沉積（ CBD）技術在玻璃基片上生長 PbS 光敏薄膜，并對薄膜在空氣中采取不同溫 度進行敏化，通過比較 PbS 薄膜敏化前后的微結構和光電導靈敏度找出了優(yōu)化的敏化溫度。 50%減小為177。 2021 年印度的 Rakesh K. Joshi 等人利用 CBD 在玻璃、 SiO Si 基片上制備 PbS 納米薄膜，發(fā)現隨晶粒尺寸的減小，薄膜的光學帶隙增大。 2021 年埃及的 . Salim 等人利用 CBD 法，在玻璃基片上得到 p 型電導的硫化鉛薄膜，并研究了薄膜的微結構。 2021 年古巴的 等人用 CBD 法在玻璃基片上沉積了 PbS 薄膜，同時發(fā)現加入 Br1 離子到沉積溶液中會影響薄膜的表面形貌，進一步影響 PbS 薄膜的光電性能，光敏性能在平均顆粒尺寸 時達到最佳。 4. 應用領域 NDIR 光譜學、光學測溫、光譜學、 濕氣分析 。 8～ 14微米波段的探測器必須在低溫下工作，因此光電導體要保持在真空杜瓦瓶中，冷卻方式有灌注液氮和用微型制冷器兩種。 3. 使用條件 由于它們的禁帶寬度很窄，因此在室溫下，熱激發(fā)足以使導帶中有大量的自由載流子，這就大大降低了對輻射的靈敏度。 PbS 探測器的時間常數一般為 50～ 500 微秒。瓦 赫 。赫； ②熱電致冷溫度下工作 (約 60℃ )， 探測度約為 10 厘米 3～ 5 微米波段的探測器分三種情況： ①在室溫下工作，但靈敏度大大下降，探測度一般只有 1～ 7 10 厘米 以 PbS 多晶薄膜制作成近紅外探測器，這類器件主要利用了 PbS 的本征光電導效應。從原理上都可以取代前二類紅外探測器，因而這類探測器是西方先進國家競相發(fā)展，到目前仍然重點發(fā)展的一類探測器，而且集中在第二代和第三代紅外探測器，這類探測器又分為 4（ 6） N 線列焦平面和陣列焦平面，前者主要是技術相對后