【正文】 產(chǎn)生，或在 P 區(qū)、 N 區(qū)產(chǎn)生而擴(kuò)散到 PN 結(jié)中，并在 PN 結(jié)的空間電場中運(yùn)動，從而改變空間電場分布，產(chǎn)生光伏效應(yīng)，對外電路貢獻(xiàn)光電流。光導(dǎo)型探測器宜于做成單元或線列，由于信號讀出問題，不宜做成二維陣列。 2. 性能參數(shù) 以實(shí)際產(chǎn)品為例： 型號 /參數(shù) DInSb5De01 DInSb5De02 DInSb5De04 DInSb5De07 DInSb5HS 光敏面尺寸 (mm) Φ 1 Φ 2 Φ 4 Φ 7 1 1（方） 波長范圍 (μ m) 峰值響應(yīng)度 (A/W) 3 3 3 3 峰值響應(yīng)度 (V/W) 2x 104 響應(yīng)時間 (ns) 25 D*(λpeak ，1KHz)cmHz1/2W1 1 x 1011 1 x 1011 1 x 1011 1 x 1011 1 x 1011 NEP(λpeak ，1KHz)pW/Hz1/2 3 6 暗電流 (μ A) 7 30 110 350 前置放大器 選配 選配 選配 選配 集成 信號輸出模式 電流 電流 電流 電流 電壓 表 2 D 系列 銻化銦探測器參數(shù) 3. 使用條件 銻化銦 焦平面列陣成熟，具有高靈敏度，但也只能工作在中波紅外波段。 光導(dǎo)型探測器宜于做成單元或線列，由于信號讀出問題，不宜做成二維陣列。 對 PC 型銻化銦光電探測器而言，在強(qiáng)光輻照下，不僅要考慮其光敏特性，還要考慮其熱敏特性，包括正溫度系數(shù)熱敏特性和負(fù)溫度系數(shù)熱敏特性；對 PV 型銻化銦光電探測器而言，不僅要考慮光生電動勢的貢獻(xiàn)，還要考慮熱生電動勢的貢獻(xiàn)，尤其是波段外激光輻照下，熱生電動勢是主要響應(yīng)機(jī)制之一。要求精密、高速圖像或在高價值場合使用時常取 256 256， 640 480 或 512512InSb 探測器，美國 Lockheed Martim 公司生產(chǎn)的“狙擊手”吊艙， Raytheon 公司研制的 ATFLIR吊艙， Northrop Grumman 公司與以色列拉發(fā)爾公司合作研制的 LITENING 吊艙以及美國前視紅外系統(tǒng)公司研制的 AN/AAQ22 SAFIRE 熱像儀等世界最先進(jìn)的前視，導(dǎo)航和瞄準(zhǔn)設(shè)備都使用了 640480 元或類似規(guī)模的 InSb 陣列。 進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，人們開始研究具有新型結(jié)構(gòu)的 InSb 探測器，例如超晶格量子阱結(jié)構(gòu)探測器、非制冷 InSb 探測器、高速響應(yīng)的銻化銦 Schottky 探測器，等等。當(dāng)前， 1280 1024 元和 2048 2048 元的大規(guī)模 InSb 紅外焦平面陣列已相繼問世。 進(jìn)一步的研究將主要集中在 InSb 的 晶格振動、載流子激發(fā)、輸運(yùn)和復(fù)合、雜質(zhì)缺陷、超晶格與量子阱以及器件物理等方面的新現(xiàn)象、新效應(yīng)和規(guī)律。 2. 性能參數(shù) 光電池是固體光電器件中具有最大光敏面積的器件，它除用做探測器件外，還可作太陽能變換器 。 3. 使用條件 硅光 電池作為測量元件使用時 ， 應(yīng)作為電流源的形式來使用 。 5. 發(fā)展趨勢 采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷 光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。目前主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高材料利用率。以定向凝固法生長的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，可降低成本，但效率較低。 硅光電二極管 1. 工作原理 硅光電二極管的兩種典型結(jié)構(gòu)，上圖是采用 N型單晶硅和擴(kuò)散工藝，稱為 p＋ n結(jié)構(gòu)。而 下圖 是采用 P型單晶和磷擴(kuò)散工藝，稱 n＋ p結(jié)構(gòu)。 圖 1 硅光電二極管兩種結(jié)構(gòu) 2. 性能參數(shù) 硅光電二極管體積小、響應(yīng)快、可靠性高，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率，困而在各種工業(yè)控制中獲得應(yīng)用。 頻率特性優(yōu)于光電導(dǎo)探測器 ， 適宜于快速變化的光信號探測。 光電二極管的頻率特性響應(yīng)主要由三個因素決定： (a)光生載流子在耗盡層附近的擴(kuò)散時間； (b)光生載流子在耗盡層內(nèi)的漂移時間； (c)與負(fù)載電阻 RL 并聯(lián)的結(jié)電容 Ci 所決定的電路時間常數(shù)。 PIN 硅光電二極管 1. 工作原理 由于 PN結(jié)耗盡層只有幾微米，大部分入射光被中性區(qū)吸收， 因而光電轉(zhuǎn)換效率低，響應(yīng)速度慢。 2. 性能參數(shù) 以產(chǎn)品為例 ： FPD510 PIN 光電探測器 系列 FPD510 FPD510F FPD510FV 光學(xué)輸入 光纖 ? 自由空間 自由空間 電源電壓 820V 820V 820V 電流消耗 50mA 50mA 50mA 最大入射功率 10mW 10mW 10mW 操作溫度 1040℃ 1040℃ 1040℃ 光譜范圍 ?? 8501650nm 8501650nm 4001000nm 探測器直徑 頻率范圍 0250MHz 0250MHz 0250MHz 3dB帶寬 0200MHz 0200MHz 0200MHz 上升時間 2ns 2ns 2ns 增益 ??? 4x104V/W 4x104V/W 4x104V/W 暗態(tài)噪聲 120dBm 120dBm 120dBm NEP(計算值 ) 3pW/√ Hz √ Hz 6pW/√ Hz 輸出連接 SMA SMA SMA 輸出阻抗 50? 50? 50? 器件尺寸 60x50x27mm 60x50x27mm 60x50x27mm 輸出耦合 DC DC DC 表 3 FPD510 PIN 光電探測器參數(shù) 快速響應(yīng) ， 低暗電流 ， 高響應(yīng)度 ， 高可靠性 。在器件表面面積一定的情況下 ， 增大耗盡區(qū)寬度可以增大器件的 RC頻率 ， 但同時增大了載流子的渡越時間。 5. 發(fā)展趨勢 高速叉指式 Ge PIN 光電探測器： 工作在 m彼長 ， 用于高速和長拖曳光傳輸?shù)墓怆娞綔y器是光傳輸系統(tǒng)廣泛研究的主題。 Ge 被認(rèn)為是代替材料 ， 因為它有適合于 m波長的帶隙 ， 間接帶隙 ， 直接帶隙 。此外 ， Ge有希望應(yīng)用于例如微波和毫米波光子系統(tǒng) ， 這種需要高的光電流和高的線性度的系統(tǒng)。已有報道用在 si襯底外延生長的 Ge制作金屬 半導(dǎo)體 金屬 (MSM)光電探測器。平面結(jié)構(gòu)的 MSM光電探測器已廣泛應(yīng)用 ， 因為它比較容易制作 和 具有低的電容。 雪崩光電二極管（ APD） 1. 工作原理 雪崩光電二極管是具有內(nèi)增益的一種光伏器件。在雪崩過程中，光生載流子在強(qiáng)電場的作用下高速定向運(yùn)動，具有很高動能的光生電子或空穴與晶格原子碰撞，使晶格原子電離產(chǎn)生二次電子－空穴對；二次電子和空穴對在電場的作用下獲得足夠的動能，又使晶格原子電離產(chǎn)生新的電子－空穴對，此過程像“雪崩”似地繼續(xù)下去。 2. 性能參數(shù) 以產(chǎn)品為例 ： APD 系列高靈敏度雪崩光電探測器 APD210 APD310 光學(xué)輸入 自由空間 ? 自由空間 ? 電源電壓 1215V?? 1215V?? 電流消耗 200mA 200mA 最大入射功率 10mW 10mW 操作溫度 10℃到 40℃ 10℃到 40℃ 光譜范圍 4001000nm 8501650nm 探測器直徑 頻率范圍 11600MHz 11800MHz 3dB帶寬 11000MHz 11000MHz 上升時間 500ps 500ps 最大增益 ＠ 1GHz， 800nm ＠ 1GHz， 1500nm 暗態(tài)噪聲 80dBm 80dBm NEP(計算值 ) √ Hz 2pW/√ Hz 輸出連接 BNC BNC 輸出阻抗 50? 50? 器件尺寸 50x50x45mm 50x50x45mm 輸出耦合 AC AC 表 4 APD 系列高靈敏度雪崩光電探測器 參數(shù) APD 體積小 、 重量輕 、 工作電壓低 、 增益高、響應(yīng) 速度 快、 動態(tài)范圍大、抗外部電磁干擾性好、 噪聲小 。 3. 使用條件 暗電流與光敏面大小有關(guān) ， 因此減小面積可以降低暗電流 ， 從而提高探測器靈敏度 。 理論證明 ， 當(dāng)只有一種載流子引起碰撞電離時 ， 雪崩光電二極管的噪聲比較低 ， 它的增益帶寬積才比較大 。 在設(shè)計雪崩光敏二極管時，要保證載流子在整個光敏區(qū)的均勻倍增，這就需要選擇無缺陷的材料，必須保持更高的工藝和保證結(jié)面的平整。 5. 發(fā)展趨勢 SACMAPD 具有內(nèi)部增益大 、 靈敏度高 、 低噪聲和高增益帶寬積等優(yōu)點(diǎn)，在光通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 。 相比之下， InAlAs / InGaAsAPD 增益層 InAlAs材料的 k值在 — 。 Si基探測器一直受到重視。 早在 2021年開始，西方發(fā)達(dá)國家開始將碲鎘汞 APD探測器陣列應(yīng)用到激光雷達(dá)上，以下列出近 15年來，官方公布過的研究計劃。 在光電特性（即線性）方面：以光電倍增管、 光電二極管 和光 電池 為最好。 輸出電流大的器件有大面積光電池、 光敏電阻 、雪崩光電二極管和光電三極管。 在暗電流方面，光電倍增管和光電二極管最小，光電池不加 偏置時無暗電流，加反向偏置后暗電流也比光電倍增管和光電二極管大。 異質(zhì)結(jié)探測器 1. 工作原理 以緩變雙異質(zhì)結(jié) GaInAs/InP PIN PD 為例： GaInAs/InP異質(zhì)結(jié)構(gòu)由氣體源分子束外延 (GSMBE)在 SiInP襯底上生長。 GBL 由 4 周期超晶格組成。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)減少了擴(kuò)散電流 ， 緩變帶隙超晶格減少了 GaInAs/InP PIN PD 的載流子俘獲效應(yīng) ， 復(fù)合波導(dǎo)設(shè)計減少了分布電容 ， 使 PD 的高性能達(dá)到最佳化。異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)也會影響探測度的大小。即 Np 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的探測度明顯高于 Pn 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的探測度，這是因為 Np 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的量子效率高，這源于 p 型 材料中的光吸收大于 n 型 材料的光吸收。 Np 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中 p 型材料的表面復(fù)合速度是影響紅外探測器性能的一個重要的材料參數(shù)，如果 p 型材料的表面復(fù)合速度過高，會降低 R0A，并且量子效率和探測度也會明顯下降。 Np 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 光伏型紅外探測器的性能被產(chǎn)生 復(fù)合、隧穿噪聲所限制，并且只有在產(chǎn)生 復(fù)合限制的范圍內(nèi)可以得到高的探測度，因此與產(chǎn)生 復(fù)合噪聲相關(guān)的材料參