半导体光电探测器的原理及其应用(精)
半导体光探测原理
半导体光探测原理
半导体光探测原理是指利用半导体材料的光电效应来实现光信号的检测和转换的原理。
半导体光探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于通信、光电子、医疗、安防等领域。
半导体光探测器的基本结构是由PN结构组成的。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，其中P型半导体中的电子浓度较低，空穴浓度较高，而N型半导体中的电子浓度较高，空穴浓度较低。
当PN结受到光照射时，光子会激发PN结中的电子和空穴，使其发生电离，形成电子空穴对。
电子空穴对在PN结中运动时，会产生电流，从而实现光信号的转换。
半导体光探测器的工作原理是基于PN结的光电效应。
当光子进入PN结时，会激发PN结中的电子和空穴，使其发生电离，形成电子空穴对。
电子空穴对在PN结中运动时，会产生电流，从而实现光信号的转换。
光子的能量越高，激发出的电子空穴对就越多，产生的电流也就越大。
因此，半导体光探测器的灵敏度和响应速度都与光子的能量有关。
半导体光探测器的优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低、可靠性高等。
在通信领域，半导体光探测器被广泛应用于光纤通信、无线通信、卫星通信等领域。
在光电子领域，半导体光探测器被应用于光电转换、光电传感、光电显示等领域。
在医疗领域，半导体光探测器被应用于医学成像、光疗等领域。
在安防领域，半导体光
探测器被应用于红外夜视、监控等领域。
半导体光探测原理是一种基于PN结的光电效应，能够将光信号转换为电信号的原理。
半导体光探测器具有灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低、可靠性高等优点，在通信、光电子、医疗、安防等领域得到广泛应用。
新一代半导体光电探测器的研发与实现
新一代半导体光电探测器的研发与实现随着科技的不断发展，半导体光电探测器在众多领域中得到了广泛应用，从通讯、军事到医疗、环保等方面都发挥着重要的作用。
目前，一些国际品牌已经在半导体光电探测器领域有了一定的研发实力，但是，我国在这方面的研发与实现还有很大的发展空间。
一、半导体光电探测器的基本原理半导体光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，其主要原理是利用半导体材料的光电效应。
当光照射在半导体材料上时，会使其带电载流子发生移动，从而产生电流。
半导体光电探测器一般由光电二极管、光敏晶体管、光电倍增管等组成。
二、新一代半导体光电探测器的研发方向1. 提高探测器的工作效率在半导体光电探测器的研发中，提高其工作效率是最重要的方向之一。
这需要在材料制备、器件结构等方面进行精细化设计和优化。
比如，可以采用复合材料、多功能晶体材料等新材料来提高半导体光电探测器的光电转化效率。
2. 扩大光谱响应范围传统的半导体光电探测器对光波的响应范围较窄，只能检测特定波长的光信号。
因此，在今后的研发中需要探索具有宽带光谱响应能力的新一代探测器，以满足不同领域对光谱响应的需求。
3. 降低噪声和提高灵敏度在实际应用中，半导体光电探测器的噪声和灵敏度是重要的性能指标。
为了降低噪声和提高灵敏度，需要通过优化器件结构、改进探测元件制备工艺、开发新型探测器等方式，不断探索提升半导体光电探测器性能的途径。
三、新一代半导体光电探测器的实现在实现新一代半导体光电探测器的过程中，除了以上研发方向外，还需要加强人才培养和设备更新等方面的工作。
1. 人才培养人才是研发的关键，培养半导体光电探测器的专业人才尤为重要。
应加强专业课程建设，以培养学生在光电探测器制备、测试、应用等方面的综合能力。
同时，应鼓励新一代科技人才积极创新，以提升行业水平。
2. 设备更新新材料制备需要更加先进的仪器和设备，如电子束光刻仪、物理气相沉积设备、离子注入器等。
这些高端设备的引进和更新是新一代半导体光电探测器研发实现的基础，需要政府和企业一起注重投入。
半导体光电探测器的发展与应用
半导体光电探测器的发展与应用半导体光电探测器是一种基于半导体材料和光电效应原理构造而成的器件，可以将光信号转化成电信号。
由于其高灵敏度、高速响应和稳定性等优良特性，被广泛应用于光通信、光学成像、环境监测、医学诊断等领域。
本文将围绕半导体光电探测器的发展历程、结构及原理、现状和应用等方面展开论述。
一、发展历程半导体光电探测器的发展可以追溯到20世纪20年代，当时光电效应和半导体性质的研究取得了突破性进展。
到了20世纪50年代，半导体光电探测器开始得到广泛的关注和研究。
1960年代出现的PN结光电二极管，成为第一代光电探测器。
1980年代中期，出现了速度较快、灵敏度更高的探测器，如PIN结光电二极管、Avalanche光电探测器等。
1990年代中期以后，半导体光电探测器的研究重点开始向复杂结构和新型材料的探索转移。
目前，半导体光电探测器已经成为了光电信息处理、物理学研究和制造业等领域的重要技术。
二、结构及原理半导体光电探测器的结构基本上都是由多层P型半导体、N型半导体和Intrinsic半导体组成。
其中，P型半导体和N型半导体通过PN结连接。
当光子入射到PN结上时，会激发出电子，从而改变了PN结的电流和电压差。
Intrinsic半导体通常会被用作增加载流子储存的区域。
半导体光电探测器的工作原理是通过光电效应将光子转化成电子，从而改变器件的电学性质。
光电效应是指当光子入射到半导体材料上时，会激发出电子，从而产生电位能差。
当光照射到器件上时，产生的载流子将被探测电路收集。
三、现状目前，半导体光电探测器的技术发展已经较为成熟。
在高速通信领域，APD、PIN-TIA等探测器被广泛应用于数字光纤通信和模拟光纤通信等领域。
在太空探测领域，半导体光电探测器被用于搜集天体的光与辐射等信息。
此外，半导体光电探测器还应用于光学成像、环境监测、医学诊断等领域。
随着科技的不断进步，半导体光电探测器的应用前景将更广阔。
四、应用半导体光电探测器的广泛应用主要体现在以下几个方面：1.光通信半导体光电探测器在光通信中起着至关重要的作用。
光电探测器原理
光电探测器原理光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，它在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。
光电探测器的原理是基于光电效应和半导体器件的特性，通过光的照射使半导体器件产生电荷载流子，从而实现光信号到电信号的转换。
本文将介绍光电探测器的工作原理、结构特点及应用领域。
光电探测器的工作原理主要基于光电效应，即当光线照射到半导体材料表面时，光子能量被半导体吸收，激发出电子和空穴对。
在外加电场的作用下，电子和空穴被分离，从而产生电流。
这种光电效应是光电探测器能够将光信号转换为电信号的基础。
另外，光电探测器还利用了半导体器件的PN结构，通过光的照射改变PN结的导电特性，从而实现对光信号的探测和转换。
光电探测器的结构特点主要包括光电转换元件、信号放大电路和输出接口。
光电转换元件是光电探测器的核心部件，它通常采用硅、锗、InGaAs等半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应的特点。
信号放大电路用于放大光电转换元件产生的微弱电信号，以提高信噪比和传输距离。
输出接口将放大后的电信号转换为可用的电压或电流信号，以便接入到其他电子设备中进行信号处理和传输。
光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。
在光通信系统中，光电探测器用于接收光信号并转换为电信号，实现光信号的调制和解调。
在光测量领域，光电探测器可以用于测量光强、光功率和光谱等参数，实现对光信号的精确测量和分析。
在光学成像系统中，光电探测器可以将光信号转换为图像信号，实现对光学图像的采集和处理。
总之，光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的重要器件，它的工作原理基于光电效应和半导体器件的特性，具有灵敏度高、响应速度快的特点。
光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用前景，将在未来发挥越来越重要的作用。
半导体光电探测器(精)
半导体光电探测器摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的结构和工作原理，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。
关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器Semiconductor photoelectric detectorAbstract：This paper introduces the composition of photoelectric and system, the structure and working principle of some semiconductor photoelectric detector，finally describes the distinction of photoconductive detector and photovoltaic detector.Key words：semiconductor photoelectric detector，photoelectric system，photoconductive detector，photovoltaic detector引言光电探测器是一种受光器件，具有光电变换功能。
光敏器件的种类繁多，有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等；有雪崩型的及非雪崩型的；有PN结型、PIN结型及异质结型的等。
由于光电探测器的响应速度快，体积小，暗电流小，使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。
半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。
光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。
它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。
半导体光电探测器的原理及其应用
半导体光电探测器之阳早格格创做纲要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的处事本理及其个性，末尾叙述了光电导探测器与光伏探测器的辨别.闭键词汇：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器弁止光电探测器是一种受光器件,具备光电变更功能.光敏器件的种类繁琐,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN 结型、PIN结型及同量结型的等.由于光电探测器的赞同速度快,体积小,暗电流小,使之正在光纤通讯系统、光纤尝试系统、光纤传感器、光断绝器、彩电光纤传输、电视图象传输、赶快光源的光探测器、微小光旗号的探测、激光测距仪的接支器件、下压电路中的光电丈量及光电互感器、估计机数据传输、光电自动统造及光丈量等圆里得到了广大应用.半导体光电探测器是用半导体资料创造的能接支战探测光辐射的器件.光映照到器件的光敏区时，它便能将光旗号转形成电旗号，是一种光电变更功能的测光元件.它正在国防战工农业死产中有着要害战广大的应用.半导体光电探测器可分为光电导型战光伏型二种.光电导型是指百般半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包罗光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.本文最先介绍了光电系统的组成，而后分别介绍其处事本理及其个性，末尾将那二类探测器举止比较.一、光电子系统的组成系统又称为收射天线，果为光波是一种电磁波，收射光教系统所起的效率战无线电收射天线所起的效率真足相共.收支进去的光旗号通过传输介量，如大气等，到达接支端.由接支光教系统或者接支天线将光散焦到光电探测器上，光电过少距离传输后会衰减，使接支到的旗号普遍很强，果此需要用前置搁大器将其搁大，而后举止解码，还本成收支端本初的待传递旗号，末尾由末端隐现器隐现出去.图1-1光电子系统图二、半导体探测器的本理1、光电导探测器光电导探测器主假如通过电阳值的变更去检测，以下尔将以光敏电阻为例介绍其处事本理.光敏电阻又称光导管, 它不极性, 杂粹是一个电阻器件, 使用时既可加曲流电压, 也不妨加接流电压.无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小. 当光敏电阻受到一定波少范畴的光照时, 它的阻值（明电阻）慢遽缩小, 电路中电流赶快删大. 普遍期视暗电阻越大越佳, 明电阻越小越佳,此时光敏电阻的敏捷度下. 本量光敏电阻的暗电阻值普遍正在兆欧级, 明电阻正在几千欧以下.它的处事本理图如2-1图当不光照时，Rd=10断路当有光照时，Rd= 导通2、光伏探测器光伏探测器鉴于光照爆收电势好，用测电势好的本理.它分为光电池与光电二极管二种典型，光电池主假如把光能变更为电能的器件，暂时有硒光电池、硅光电池、砷化镓及锗光电池等，但是暂时使用最广的是硅光电池.光电二级管分为P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.以下尔将分别介绍其处事本理及其个性. 1）P-N结光电二级管2）PIN光电二级管PIN光电二极管又称赶快光电二极管，与普遍的光电二极管相比，它具备不的时间常量，并使光谱赞同范转背少波目标移动，其峰值波少可移至1.04~1.06um而与YAG激光器的收射波少相对于应.它具备敏捷度下的便宜，所以通时常使用于强光检测（线性）.它的结构图如2-3所示，它是由P型半导体战N型半导体之间夹了一层本征半导体形成的.果为本征半导体近似于介量，那便相称于删大了P-N结结电容二个电极之间的距离，使结电容变得很小.其次，P型半导体战N型半导体中耗尽层的宽度是随反背电压减少而加宽的，随着反偏偏压的删大，结电容也要变得很小.由于I层的存留，而P区普遍干得很薄，进射光子只可正在I层内被吸支，而反背偏偏压主要集结正在I区，产死下电场区，I区的光死载流子正在强电场效率下加速疏通，所以载流子渡越时间常量（）减小，进而革新了光电二极管的频次赞同.共时I层的引进加大了耗尽区，展宽了光电变更的灵验处事地区，进而使敏捷度得以普及.3）雪崩光电二级管雪崩光电二级管（APD）是得用光死载流子正在下电场区内的雪崩效力而赢得光电流删益，具备敏捷度下、赞同快等便宜，通时常使用于激光测距、激光雷达、强光检测（非线性）.APD雪崩倍删的历程是：当光电二极管的p-n结加相称大的反背偏偏压时，正在耗尽层内将爆收一个很下的电场，它脚以使正在强电场区漂移的光死载流子赢得充分的动能，通过与晶格本子碰碰将爆收新的电子-空穴对于.新的电子-空穴对于正在强电场效率下，分别背好同的目标疏通，正在疏通历程中又大概与本子碰碰再一次爆收新的电子-空穴对于.如许反复，产死雪崩式的载流子倍减少.那个历程便是APD的处事前提.APD普遍正在略矮于反背北脱电压值的反偏偏压下处事.正在无光照时，p-n结不会爆收雪崩倍删效力.但是结区一朝有光映照，激励出的光死载流子便被临界强电场加速而引导雪崩倍删.若反背偏偏压大于反背打脱电压时，光电流的删益可达（十的六次圆）即爆收“自持雪崩倍删”.由于那时出现的集粒噪声可删大到搁大器的噪声火仄，以以致器件无法使用.4）光电三级管光电三级管与光电二极管比较，光电三级管输出电流较大，普遍正在毫安级，但是光照个性较好，多用于央供输出电流较大的场合.光电三极管有pnp战npn型二种结构，时常使用资料有硅战锗.比圆用硅资料创造的npn型结有3DU型，pnp型有3CU型.采与硅npn型光电三极管，其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变更效率小，所以得到位广大应用.底下以3DU型光电三极管为例证明它的结构、处事本理与主要个性.3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管，如图2-4（a）所示.由图可知，3DU管的结媾战一般晶体管类似，不过正在资料的掺杂情况、结里积的大小战基极引线的树立上战一般晶体管分歧.果为光电三极管要赞同光辐射，受光里即集电结（bc结）里积比普遍晶体管大.其余，它是利用光统造集电极电流的，所以正在基极上既可树立引线举止电统造，也不妨不设，真足共光一统造.它的处事本理是处事时各电极所加的电压与一般晶体管相共，即要包管集电结反偏偏置，收射正偏偏听偏偏置.由于集电结是反偏偏压，正在结区有很强的内修电场，对于3DU管去道，内修电场目标是由c到b的.战光电二极管处事本理相共，如果有光照到集电结上，激励电子-空穴对于，接着那些载流子被内修电场分散，电子流背集电极，空穴流背基极，相称于中界背基极注进一个统造电流Ib=Ip.果为收射打队结是正偏偏置的，空穴则留正在基区，使基极电位降下，收射极便有洪量电子经基极流背集电极，总的集电极电流为Ic=Ip+βIp=(1+β)Ip，式中β为电流删益系数.由此可睹，光电三极管的集电结是光电变更部分.共时集电极、基极、收射极形成一个有搁大效率的晶体管.所以正在本理上不妨把它瞅万里一个由光电二极管与一般晶体管分散而成的拉拢件，如图2-4(b)所示.光电三级管另一个个性是它的明暗电流比要比光电二极管、光电池、光电导探测器大，所以光电三极管是用去做光启闭的理念元件.3．光电导探测器与电伏探测器的辨别1）光电导探测器是均值的，而光伏探测器是结型的.2）光。
光电探测器原理与应用
光电探测器原理与应用光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，是现代光电技术中的重要组成部分，广泛应用于通信、医学、物理学等领域。
本文将从光电探测器的原理、种类以及应用进行探讨。
一、光电探测器的原理光电探测器的原理基于光电效应，即光能被物质吸收后，其中的光子能激发物质内部的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生电流和电势差，将光信号转换为电信号并放大处理。
而光电探测器的基本结构，则由光敏材料、光电转换部件、电荷放大器等组成，具有宽频带、高响应速度等特点。
二、光电探测器的种类光电探测器主要分为以下几种：①硅光电二极管硅光电二极管是一种常见的光电探测器，其结构简单，大小小巧，响应速度快，但灵敏度较低。
硅光电二极管的光电转换部件为PN结，探测范围为红外线波段。
②掺铟镓光电二极管掺铟镓光电二极管响应范围为近红外至中红外波段，具有较高的灵敏度和响应速度，广泛应用于红外光谱分析、制导弹道等领域。
③掺铊锗光电二极管掺铊锗光电二极管响应范围为中红外波段，具有较高的探测率和灵敏度，广泛应用于红外光谱分析、空间测量等领域。
④光电倍增管光电倍增管响应范围涵盖紫外线至近红外波段，具有高灵敏度、高信噪比和低失真等特点，广泛应用于低光强度信号的检测和测量。
⑤光伏噪声探测器光伏噪声探测器是一种激光光源的光功率变化探测器，响应波长范围覆盖整个光谱，具有高信噪比、高稳定性等特点，广泛应用于光通信、激光测距、光谱分析等领域。
三、光电探测器的应用光电探测器具有广泛的应用领域，其中主要包括：①光通信光电探测器在光通信中起到重要作用，光电二极管和光电倍增管是常用的探测器。
光电探测器接收光信号并转换为电信号，再经过解调和放大处理后，完成光通信中数据的传输和接收。
②光谱分析光电探测器在光谱分析领域中广泛应用，通过对不同波长的光线进行探测和分析，完成对样品的化学成分、结构和性质的测量和研究。
掺铟镓光电二极管和光伏噪声探测器是常用的光谱探测器。
半导体光电探测器原理及优化方法
半导体光电探测器原理及优化方法半导体光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电子学、光学传感等领域。
本文将介绍半导体光电探测器的工作原理，并探讨其优化方法。
一、原理半导体光电探测器是通过光生或热生成电荷载流子来实现光电转换的。
其工作原理主要涉及以下几个关键过程：1. 光吸收：当光照射到半导体材料上时，光子与原子之间发生相互作用，导致电子能级的跃迁。
这种跃迁可以通过直接带隙吸收或间接带隙吸收来实现。
2. 电荷生成：吸收能量的光子会激发半导体材料内的电子从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴。
这种电子空穴对的形成可以通过光电效应或热激励来实现。
3. 电荷传输：生成的电子和空穴会在半导体内发生迁移，并在外加电场的作用下分别向电极移动。
这种电荷迁移过程可以通过扩散、漂移和电场效应来实现。
4. 电荷收集：最后，电子和空穴会在电极上被收集形成电流信号。
这个过程需要有效的电荷收集区域和电荷收集结构来实现高效的电流转换。
二、优化方法为了提高半导体光电探测器的性能，可以采取以下一些优化方法：1. 材料选择：不同的半导体材料具有不同的带隙结构和光吸收特性。
根据实际需求，选择能够匹配光源波长、具有较高吸收系数和较小吸收损耗的材料，可以提高光电转换效率。
2. 结构设计：优化器件的结构设计能够有效提高电子和空穴的收集效率。
例如，在光电探测器的表面引入光栅结构，可以增加光电子的吸收深度和电子在电极上的收集效率。
3. 探测区域增大：增大探测区域可以提高器件接收光信号的能力。
通过工艺优化，增大活动面积，可以有效提高器件的灵敏度和响应速度。
4. 降低噪声：降低器件的噪声水平对于提高探测器的信噪比非常重要。
采取合适的工艺控制和电路设计，降低暗电流和暗电流噪声，可以有效提高器件的信号检测精度。
5. 温度控制：温度对半导体光电探测器的工作性能影响较大。
保持器件在适宜的温度范围内工作，可以提高器件的稳定性和可靠性。
光电探测器技术的研究与应用
光电探测器技术的研究与应用光电探测器技术指的是利用光电效应将光信号转换为电信号的一种技术。
它在信息技术、生物医学、光通信等领域均有广泛的应用。
本文将从光电探测器技术的原理、分类、优缺点和应用等方面进行探讨。
一、光电探测器技术的原理光电探测器技术利用的是光电效应。
光电效应是指当某些物质（如金属）受到光的作用时，其中的电子被激发得到足够的能量，从而飞离原子，形成自由电子。
这些自由电子被称为光电子。
光电探测器中使用的是半导体的光电效应。
当光子被半导体吸收时，其中的电子会被激发成为自由电子，并缺失清零，形成一个电子空穴。
这个电子空穴对于电路来说就像一个空位，它可以被另一个自由电子填补。
这样就形成了一对电子-空穴对，也就是晶体中产生了一个载流子。
因此，当光照射在半导体材料表面时，就会产生电信号。
二、光电探测器技术的分类根据探测器中使用的半导体材料不同，光电探测器可以分为以下几种：1. 光电二极管（Photodiode）：它使用的是PN结，可以将光信号转换成电信号。
它既可以用来检测光的存在，也可以用来检测光的强度。
2. 光电倍增管（Photomultiplier Tube）：它是一种高灵敏度的探测器。
它将光子转换成电子，然后通过电子倍增，使得信号得到放大。
由于它的放大倍数非常高，因此可以检测非常微弱的光信号。
3. 硅光倍增管（Silicon Photomultiplier）：它是一种新型的光电探测器。
它比光电倍增管更小，更易于制造。
它使用的是硅基材料，可以将光子转换成电子，然后通过电子倍增放大信号。
三、光电探测器技术的优缺点优点：1. 灵敏度高：光电探测器可以检测非常微弱的光信号。
2. 响应速度快：光电探测器的响应速度非常快，可以高速地检测光信号。
3. 分辨率高：由于光电探测器可以精确地检测光信号，因此可以获得非常高的分辨率。
4. 易于集成：光电探测器可以轻松地集成到微电子器件中，可以与其他电子器件共同使用。
光电探测器的研究及其应用分析
光电探测器的研究及其应用分析光电探测器，是一种能够将光信号转换成电信号的装置，是现代光电科技中的重要细分领域之一。
在许多领域中，如通信，医学，生物，安全等方面都受到广泛应用。
目前，光电探测器已经成为人类社会中不可缺少的一种技术。
一、光电探测器的概述光电探测器是一种能够将光信号转换成电信号的装置，是现代光电科技中的重要细分领域之一。
它对于光学通信、遥感、生物医学、工业自动化等领域的发展起到了重要作用，广泛应用于国防、工农业以及日常生活中的安全保障、新能源、节能减排等方面。
光电探测器大致可以分为探测器和光电转换器两种类型。
其中，探测器可以将光信号转换成电信号，光电转换器则是指将光电信号直接转换成数字信号。
光电探测器通常采用半导体材料制成，包括硅、锗、砷化镓、砷化铟等材料。
其中，硅是最重要的材料之一，它被广泛应用于光通信、计算机网络、医学诊断等领域。
二、光电探测器的工作原理光电探测器的工作原理基于光电效应的光学基础。
当光子通过光电探测器，它们会与半导体材料中的电子互作用。
这时，电子从半导体内部跃迁到导带中，并在外电路中产生一个电流。
当光照射的强度增加时，产生的电流也会相应地增加。
因此，当存在光信号时，光电探测器能够将其转换为电信号，实现光电转换。
三、光电探测器的应用1.光通信光电探测器被广泛应用于光通信系统中。
在光通信系统中，光电探测器用于将光信号转换成电信号。
这些电信号传输到接收机中，接收机再将其转换成光信号，从而确保光通信的高效与可靠性。
2.医学光电探测器在医学领域中也有着广泛的应用。
在医学成像方面，光电探测器可用于检测人体内部的光信号，以诊断疾病并提供治疗方案。
同时，光电探测器也可以应用于实验室中的生物学研究中。
3.安全在安全领域中，光电探测器广泛应用于安全监控摄像机中。
通过光电探测器，监控设备可以检测到接近或距离物体的存在，并将其转换成信号进行处理。
4.新能源太阳能电池板是一种能够将太阳能转换成电能的装置。
光电导探测器的原理
光电导探测器的原理光电导探测器是一种常见的光电转换器件，能够将光信号转化为电信号。
它广泛应用于光通信、光电子设备和光测量等领域。
本文将从光电导探测器的原理出发，详细介绍其工作原理、分类以及应用。
光电导探测器的工作原理基于光电效应，即光照射到物质上会产生电子-空穴对。
在光电导探测器中，一般采用半导体材料作为光电转换元件。
当光照射到半导体材料上时，光子能量将被传递给半导体中的电子，使其从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
光电导探测器通常由光电导层、电极和支撑结构组成。
光电导层是光电转换的关键部分，一般采用具有高载流子迁移率的半导体材料，如硅(Si)或锗(Ge)。
当光照射到光电导层上时，光子能量将激发光电导层中的电子，使其跃迁到导带，形成电流。
电极用于收集电流信号，一般采用金属材料。
支撑结构则用于固定光电导层和电极，保证其稳定性和可靠性。
根据光电导层的材料和结构不同，光电导探测器可以分为多种类型。
常见的光电导探测器包括PIN型光电导探测器、APD型光电导探测器和光电二极管。
PIN型光电导探测器是最常见的一种光电导探测器。
它由P型半导体、N型半导体和中间的Intrinsic层组成。
当光照射到Intrinsic层时，产生的电子-空穴对将在电场作用下被分离，从而产生电流。
PIN型光电导探测器具有宽波长响应范围、低噪声和高速响应等优点，广泛应用于光通信和光测量领域。
APD型光电导探测器是一种增强型光电导探测器，通过引入雪崩效应来增强光电转换效率。
APD型光电导探测器在Intrinsic层中引入高场区，当光照射到高场区时，电子-空穴对将在电场作用下进行雪崩增强，从而产生更大的电流。
APD型光电导探测器具有高增益、高灵敏度和高速响应等优点，广泛应用于低光水平检测和光通信领域。
光电二极管是一种简单的光电导探测器，由P型半导体和N型半导体构成。
当光照射到光电二极管时，产生的电子-空穴对将在PN结处被分离，形成电流。
光电二极管具有简单的结构和快速的响应速度，广泛应用于光电子设备和光测量领域。
半导体光电探测器的应用
率
因为：
Pout
V'
I
V'
I
L
I
0
exp
qV ' kT
1
由： 有
Pout V '
0
VOm
1
ln
11ILVmI0
IOm
VOm
1
IL I0
VOm
式中 q
kT
六、寄生电阻影响(非理想I-V方程)
十一、其它 转换效率：Si—15~18%; GaAs—18~21%; GaInP/GaAs/Ge—26~29%(三结) 电流容限：并联 电压容限：串联
量子阱在太阳能电池中作用
量子效率
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
600
800
1000
wavelength nm
十二、多节太阳能电池
• 我国的三结 GaInP/GaAs/Ge 太阳能电池的实 验室转换效率最 高达到29.9%， 非常接近国际最 好水平 。
i
2 f
AI f f
5）光子噪声—光子随机起伏
M 内增益
i
2 p
2qIf
§4-2 光敏电阻(光电导探测器)
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一、器件物理： 半导体材料吸收光子能量— 产生电子－空穴对； 杂质电离产生电子或空穴。 光生载流子使材料电导增大—光电导； 光生载流子定向移动形成电信号—光电流。
#光电导--本征光电导； 杂质光电导(杂质密度比原子密度低光电导可略)。
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半导体光电探测器的研究与制备
半导体光电探测器的研究与制备随着科技的发展，光电子设备越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。
而在光电子设备中，半导体光电探测器更是扮演着至关重要的角色。
随着半导体材料和工艺的不断进步，半导体光电探测器的性能得到了大幅度提高。
本文将介绍半导体光电探测器的研究与制备。
一、半导体光电探测器的原理半导体光电探测器是将光信号转化为电信号的器件。
其基本原理为，在半导体器件中产生电子空穴对，然后通过内建电场的作用将电子和空穴分离，并把它们吸收到不同的极板上，达到电荷扩散电流的效果。
二、半导体光电探测器的种类1.硅光电二极管（Si-PD）硅光电二极管是最简单的光电探测器之一，其主要优点是制造成本低，使用方便。
它的响应范围从200纳米到1100纳米，在近红外区域具有较好的响应。
2.铟镓砷（InGaAs）光电二极管（InGaAs-PD）铟镓砷光电二极管的响应范围通常在800至1700纳米之间，适用于近红外光通信、红外测温、光谱分析以及红外卫星的遥感探测等领域。
3.半导体光电倍增管（SE-PMT）半导体光电倍增管性能比较出色，具有极高的增益和极低的噪声，适用于较弱光强的光信号检测。
三、半导体光电探测器的制备半导体光电探测器的制备一般采用半导体加工技术，主要包括晶体生长、晶圆切割、多层薄膜生长、微纳加工、金属化、封装等步骤。
1.晶体生长光电探测器的性能与晶体的质量密切相关，晶体生长是光电探测器制备的首要问题。
目前常用的晶体生长方法有Czochralski法、Bridgman法、VGF法、MOCVD法等。
2. 多层薄膜生长在探测器的上下电极之间，需要生长一层浅掺杂区，使得产生的电子空穴对能够被快速的分离，以便产生电流。
此外还需要生长掩膜层、透明导电层等。
3. 微纳加工微纳加工是制作探测器光电极的关键步骤。
常见的微纳加工技术包括光刻、溅射、离子刻蚀、等离子体刻蚀、金属化等。
4. 金属化金属化是使光电探测器电极接触到外部引线的重要步骤。
光电探测器技术的原理分析与应用
光电探测器技术的原理分析与应用随着科技的不断发展，光电探测器技术在许多领域中被广泛应用。
从工业控制到医学影像，从通信网络到空间探测，都离不开光电探测器技术。
本文将从原理和应用两个方面，进行光电探测器技术的分析。
一、光电探测器技术的原理1. 光电效应光电效应是光电探测器技术的基础。
它是指在金属表面或半导体中，光子能够释放出电子，使电子获得动能并在器件中产生电流的现象。
2. 半导体材料半导体材料应用广泛，在光电探测器技术中尤为重要。
半导体材料的电子能级结构与金属不同，其中包含导带和禁带。
当光子击打半导体材料时，会激发出电子从价带跃迁到导带，增加了导体中的自由电子数量，激发出电子在器件中流动的可能。
3. 器件结构在光电探测器技术中，制造一个光电探测器关键是在半导体材料中建立器件结构。
其中，p-n结光电探测器是光电探测器技术中最常见的。
p-n结光电探测器由n型和p型半导体材料制造而成。
当光子击中器件表面时，激发出的电子会被向外加电场推动，产生电流。
由于半导体材料中掺杂的阻值能够影响电压和电流关系，因此可以通过控制半导体材料的掺杂浓度，调节器件的闪烁率和信噪比。
二、光电探测器技术的应用1. 工业控制光电探测器技术在工业控制中有着广泛应用。
例如，用于检测工业生产线上产品的位置和运动状态，以及识别缺陷。
此外，光电探测器技术还可以用于物料分选、包装检验等工业应用。
2. 医学影像光电探测器技术在医学影像中是不可或缺的。
在X光影像、核磁共振、电子显微镜等医学影像技术下，光电探测器技术都发挥着重要作用。
如X射线摄影设备中的探测器，可以将X射线转化为数字信号，生成人体内部的影像。
3. 通信网络在光纤通信中，光电探测器作为接收器，将光信号转换为电信号再进行传输，对实现高速、高效、可靠的通信提供了关键性支持。
除此之外，光纤通信还在广域网、局域网等通信领域中得到了广泛的应用。
4. 空间探测随着人类对太空探索的不断深入，光电探测器技术也在空间探测中被广泛应用。
光电探测器的新型原理及应用
光电探测器的新型原理及应用光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，具有广泛的应用领域，如光通信、光子学、医学影像和遥感等。
随着技术的不断发展，越来越多的新型原理被应用于光电探测器中，使其在性能上有了大幅度的提升。
本文主要讨论光电探测器的新型原理及应用。
一、半导体光电探测器半导体光电探测器是目前应用最广泛的光电探测器之一。
其基本原理是将光子在半导体材料中产生的电子-空穴对分离，产生电流信号。
目前，最常见的半导体光电探测器有硅光电二极管和InGaAs光电探测器。
硅光电二极管主要用于可见光和近红外光的探测，其灵敏度随波长增加而降低。
而InGaAs光电探测器则可以用于近红外光和红外光的探测，其灵敏度更高且波长响应范围更广。
二、光电倍增管光电倍增管是一种将光信号转化为电信号的探测器，可以放大微弱的光信号。
其基本原理是将光电子通过一系列放大倍增器加以放大，产生电信号。
光电倍增管可以用于高灵敏度的光强度测量、闪烁体探测器和光电离室等应用领域。
三、光纤传感器光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，可以将物理量的变化转化为光信号变化，从而实现对物理量的测量。
其最大的优势是具有抗电磁干扰、广泛测量范围和可远程测量等特点。
目前，光纤传感器已经广泛应用于工业自动化、航天航空和医学等领域。
四、超快光电探测器超快光电探测器具有极高的时间分辨率和灵敏度，可以用于快速物理过程的探测和测量。
其基本原理是将高速光信号与探测器中的电荷相互作用，产生电荷载流子并转化为电信号。
超快光电探测器在光通信、生命科学和材料科学等领域有广泛应用。
五、新型原理的应用除了以上几种光电探测器，新型原理的研究也为光电探测器的发展带来了新的机遇。
例如，单光子探测器、量子点光电探测器和纳米光电探测器等，具有更高的灵敏度和更广阔的应用前景。
其中，单光子探测器可以用于量子密钥分发和量子计算等领域；量子点光电探测器具有更高的灵敏度和更宽的响应范围，可以用于遥感影像和生命科学领域；而纳米光电探测器则可以用于超高分辨率的成像和多模态影像的提取等领域。
半导体光电探测器的研究与发展
半导体光电探测器的研究与发展半导体光电探测器，是一种将光电转换原理应用于电子学领域的关键技术。
它能够将输入的光信号转换为电信号，并且在光信息的处理、传输、检测、控制等多方面具有重要的作用。
随着信息技术的不断进步，半导体光电探测器也越来越受到关注和研究。
一、半导体光电探测器的原理和分类半导体光电探测器的核心部分是光敏器件。
一般来说，光敏器件是通过半导体材料制备而成的。
当光照射在半导体材料上时，可以激发出其中的电子，在电场的作用下形成电流，从而实现光与电的转换。
目前，半导体光电探测器主要根据其光电转换原理，可以分为以下几类：1. 光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种最常见的半导体光电探测器。
它是通过把半导体材料的P区和N区直接接触而成的。
当光照射在P、N结处时，会产生光生载流子，并形成电流。
光电二极管的特点在于它的响应速度比较快，而且能够进行强光干扰抑制。
2. 光电倍增管（Photomultiplier Tube）光电倍增管是一种基于近代电子技术的高灵敏度光电探测器。
它主要是通过连续的倍增过程来实现信号的放大，从而提高探测器灵敏度。
光电倍增管的特点在于它具有极高的增益，能够探测到极微弱的光信号。
3. APD（Avalanche Photodiode）APD又称雪崩光电二极管，是一种基于雪崩放大效应的半导体光电探测器。
其制备方法同样也是在P区和N区之间直接接触。
当光照射在器件中时，电子和正空穴会因为电场的作用而产生加速和碰撞，最终引发更多的载流子，从而实现信号的放大。
二、半导体光电探测器在应用领域中的应用半导体光电探测器主要被应用在光通信、激光雷达、医学影像、空间探测等多个领域中。
以下是半导体光电探测器在不同领域的应用：1. 光通信随着信息时代的到来，人们对于通讯速度的要求也越来越高。
在光通信中，半导体光电探测器可以将光信号转化为电信号，从而实现信息传输。
同时，它还可以实现光网络中的光双工作用，这在现代光通信中是非常重要和不可或缺的。
半导体光电探测器的制备及其应用研究
半导体光电探测器的制备及其应用研究随着科技的不断进步，人们对新材料的研究和应用也越来越深入。
半导体材料作为一种重要的功能材料，在信息、电子等领域有着广泛的应用。
而其中的光电探测器则是半导体材料应用的重要组成部分。
本文将针对半导体光电探测器的制备及其应用进行探讨。
一、半导体光电探测器概述半导体光电探测器是指利用半导体材料作为检测元件并通过其结构设计使其对光信号转换成电信号的器件。
根据其基本原理，可以将光电探测器分为两类：光电二极管和光电倍增管。
光电二极管主要由PN结组成，当光照射到PN结时，光电子和空穴会在PN结内部释放，形成一个电荷对，并导致PN结中载流子的扩散和漂移。
此时，如果PN结中的电场适当调整，就可以使得电荷对被不对称地移动到PN结中的一个极端，形成电荷分离。
最终产生的电信号与光入射到光电二极管的能量密度成正比。
光电倍增管则主要通过二次发射的方式将光信号转变为电信号。
光电倍增管一般由光阴极、象增加管和输出结构三个部分组成。
当光照射到光阴极时，光电子被激发而成为自由电子，进入极小场镜面，由于其表面粗糙，自由电子将相继发生多次离子化，进而产生大量二次电子。
这些二次电子在愈来愈强的电场的作用下，被加速到像增加管中，并在其中产生电子增益效应，使得输出电流远大于输入光信号。
二、半导体光电探测器制备技术面对不同应用场景的需要，对半导体光电探测器的性能和可靠性有着不同的要求。
因此，在制备半导体光电探测器时需要科学地选择合适的半导体材料、器件结构及制备技术。
半导体光电探测器的制备主要分为四个方面：半导体材料选择、器件结构设计、微纳加工工艺和封装技术。
1.半导体材料选择根据不同应用的需求，半导体材料可以选择Silicon(Si)、Indium gallium arsenide(InGaAs)、Gallium arsenide(GaAs)、Mercury cadmium telluride(HgCdTe)等材料。
光电探测器的原理和应用
光电探测器的原理和应用光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，它是光电技术和电子技术的结合体，是现代光电技术中一个重要的研究领域。
光电探测器的原理和应用有着广泛的应用价值，涉及医学、能源、环境、军事等许多领域。
一、光电探测器的原理光电探测器的原理基于光电效应。
光电效应是指当光线照射到某种物质表面上时，物质表面上的原子或分子吸收光子后会发生电离，使其失去部分或全部的电子而产生电荷。
利用这个原理，光电探测器可以将光信号转换为电信号。
光电探测器的核心部分是半导体器件。
当光子击中化合物半导体时，可以激发空穴/电子对的产生。
电子会通过二极管的势垒运动流到另一端，使器件产生电流。
同时，光子能量的大小会影响产生的电子空穴数，电流可用于量化光信号。
二、光电探测器的种类1. 光电二极管（Photodiode）光电二极管是最常用的光电探测器之一。
它是一种半导体器件，当光线照射到光电二极管上时，光子会被吸收并产生光生电荷，形成一个漂移电流。
光电二极管的响应时间快，灵敏度高，而且价格相对便宜，广泛应用于通信、测距和光谱等领域。
2. 热释发光电探测器（Thermophotovoltaic Detector）热释发光电探测器是一种特殊的光电探测器，它通过温差发射光子，通过光子的电离产生电子来检测光信号。
它的优点是可以探测高频光信号，如红外与紫外光线。
3. 光敏电阻（Photoresistor）光敏电阻可以看作是电阻值随光照射程度变化的半导体器件。
当光线照射到光敏电阻上时，会使其内部导电性能发生变化，电阻值发生变化。
光敏电阻具有响应时间很慢、灵敏度较低的特点，因此在一些较低的光强检测和光敏自动调节领域应用较多。
三、光电探测器的应用1.光通信光电探测器是光纤通信中最重要的组成部分之一，主要用于光信号的检测。
光电探测器还广泛应用于光通信中的光谱分析、测距和光信号放大等领域。
2. 医学影像学光电探测器在医学影像学中应用较多，如X线影像和CT扫描等，它可以高效地检测和转换光信号，使医生们能够更准确地诊断疾病。
光电探测器工作原理、类型及其应用
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半导体光电探测器的原理及其应用
半导体光电探测器之阿布丰王创作摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的工作原理及其特性,最后论述了光电导探测器与光伏探测器的区别.关键词：半导体光电探测器,光电系统,光电导探测器,光伏探测器引言光电探测器是一种受光器件,具有光电变换功能.光敏器件的种类繁多,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN结型、PIN结型及异质结型的等.由于光电探测器的响应速度快,体积小,暗电流小,使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电丈量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光丈量等方面获得了广泛应用.半导体光电探测器是用半导体资料制作的能接收和探测光辐射的器件.光照射到器件的光敏区时,它就能将光信号转酿成电信号,是一种光电转换功能的测光元件.它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用.半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种.光电导型是指各种半导体光电导管,即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.本文首先介绍了光电系统的组成,然后分别介绍其工作原理及其特性,最后将这两类探测器进行比力.一、光电子系统的组成现代光电子系统非常复杂,但它的基本组成可用图l来说明:待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光,被调制后的光由发射光学系统发送出去.发射光学系统又称为发射天线,因为光波是一种电磁波,发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同.发送出去的光信号经过传输介质,如年夜气等,达到接收端.由接收光学系统或接收天线将光聚焦到光电探测器上,光电过长距离传输后会衰减,使接收到的信号一般很弱,因此需要用前置放年夜器将其放年夜,然后进行解码,还原成发送端原始的待传送信号,最后由终端显示器显示出来.图1-1光电子系统图二、半导体探测器的原理1、光电导探测器光电导探测器主要是通过电阴值的变动来检测,以下我将以光敏电阻为例介绍其工作原理.光敏电阻又称光导管, 它没有极性, 纯洁是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压.无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很年夜, 电路中电流（暗电流）很小. 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增年夜. 一般希望暗电阻越年夜越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高. 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下. 它的工作原理图如2-1图当没有光照时,Rd=10断路当有光照时,Rd= 导通2、光伏探测器光伏探测器基于光照发生电势差,用测电势差的原理.它分为光电池与光电二极管两种类型,光电池主要是把光能转换为电能的器件,目前有硒光电池、硅光电池、砷化镓及锗光电池等,但目前运用最广的是硅光电池.光电二级管分为P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.以下我将分别介绍其工作原理及其特性.1）P-N结光电二级管2）PIN光电二级管PIN光电二极管又称快速光电二极管,与一般的光电二极管相比,它具有不的时间常量,并使光谱响应范转向长波方向移动,其峰值波长可移至1.04~1.06um而与YAG激光器的发射波长相对应.它具有灵敏度高的优点,所以通经常使用于弱光检测（线性）.它的结构图如2-3所示,它是由P型半导体和N型半导体之间夹了一层本征半导体构成的.因为本征半导体近似于介质,这就相当于增年夜了P-N结结电容两个电极之间的距离,使结电容变得很小.其次,P型半导体和N型半导体中耗尽层的宽度是随反向电压增加而加宽的,随着反偏压的增年夜,结电容也要变得很小.由于I 层的存在,而P区一般做得很薄,入射光子只能在I层内被吸收,而反向偏压主要集中在I区,形成高电场区,I区的光生载流子在强电场作用下加速运动,所以载流子渡越时间常量（）减小,从而改善了光电二极管的频率响应.同时I层的引入加年夜了耗尽区,展宽了光电转换的有效工作区域,从而使灵敏度得以提高.3）雪崩光电二级管雪崩光电二级管（APD）是得用光生载流子在高电场区内的雪崩效应而获得光电流增益,具有灵敏度高、响应快等优点,通经常使用于激光测距、激光雷达、弱光检测（非线性）.APD雪崩倍增的过程是：当光电二极管的p-n结加相当年夜的反向偏压时,在耗尽层内将发生一个很高的电场,它足以使在强电场区漂移的光生载流子获得充沛的动能,通过与晶格原子碰撞将发生新的电子-空穴对.新的电子-空穴对在强电场作用下,分别向相反的方向运动,在运动过程中又可能与原子碰撞再一次发生新的电子-空穴对.如此反复,形成雪崩式的载流子倍增加.这个过程就是APD的工作基础.APD一般在略低于反向南穿电压值的反偏压下工作.在无光照时,p-n结不会发生雪崩倍增效应.但结区一旦有光照射,激发出的光生载流子就被临界强电场加速而招致雪崩倍增.若反向偏压年夜于反向击穿电压时,光电流的增益可达（十的六次方）即发生“自持雪崩倍增”.由于这时呈现的散粒噪声可增年夜到放年夜器的噪声水平,以致使器件无法使用.4）光电三级管光电三级管与光电二极管比力,光电三级管输出电流较年夜,一般在毫安级,但光照特性较差,多用于要求输出电流较年夜的场所.光电三极管有pnp和npn型两种结构,经常使用资料有硅和锗.例如用硅资料制作的npn型结有3DU型,pnp型有3CU型.采纳硅npn型光电三极管,其暗电流比锗光电三极管小,且受温度变动影响小,所以获得位广泛应用.下面以3DU型光电三极管为例说明它的结构、工作原理与主要特性.3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管,如图2-4（a）所示.由图可知,3DU管的结构和普通晶体管类似,只是在资料的搀杂情况、结面积的年夜小和基极引线的设置上和普通晶体管分歧.因为光电三极管要响应光辐射,受光面即集电结（bc结）面积比一般晶体管年夜.另外,它是利用光控制集电极电流的,所以在基极上既可设置引线进行电控制,也可以不设,完全同光一控制.它的工作原理是工作时各电极所加的电压与普通晶体管相同,即要保证集电结反偏置,发射正偏听偏置.由于集电结是反偏压,在结区有很强的内建电场,对3DU管来讲,内建电场方向是由c到b的.和光电二极管工作原理相同,如果有光照到集电结上,激发电子-空穴对,接着这些载流子被内建电场分离,电子流向集电极,空穴流向基极,相当于外界向基极注入一个控制电流Ib=Ip.因为发射击队结是正偏置的,空穴则留在基区,使基极电位升高,发射极便有年夜量电子经基极流向集电极,总的集电极电流为Ic=Ip+βIp=(1+β)Ip,式中β为电流增益系数.由此可见,光电三极管的集电结是光电变换部份.同时集电极、基极、发射极构成一个有放年夜作用的晶体管.所以在原理上可以把它看万里一个由光电二极管与普通晶体管结合而成的组合件,如图2-4(b)所示.光电三级管另一个特点是它的亮暗电流比要比光电二极管、光电池、光电导探测器年夜,所以光电三极管是用来作光开关的理想元件.3．光电导探测器与电伏探测器的区别1）光电导探测器是均值的,而光伏探测器是结型的.2）光。
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半导体光电探测器
摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的工作原理及其特性，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。
关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器
引言
光电探测器是一种受光器件,具有光电变换功能。
光敏器件的种类繁多,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN结型、PIN结型及异质结型的等。
由于光电探测器的响应速度快,体积小,暗电流小,使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。
半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。
光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。
它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。
半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。
光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。
本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍其工作原理及其特性，最后将这两类探测器进行比较。
一、光电子系统的组成
现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图l来说明:待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去.发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同.发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端.由接收光学系统或接收天线将光聚焦到光电探测器上，光电过长距离传输后会衰减，使接收到的信号一般很弱，因此需要用前置放大器将其放大，然后进行解码，还原成发送端原始的待传送信号，最后由终端显示器显示出来.
图1-1光电子系统图
二、半导体探测器的原理
1、光电导探测器
光电导探测器主要是通过电阴值的变化来检测，以下我将以光敏电阻为例介绍其工作原理。
光敏电阻又称光导管, 它没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也
可以加交流电压。
无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。
一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。
实际光敏电
阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
它的工作原理图如2-1图
当没有光照时，Rd=10断路
当有光照时，Rd= 导通
2、光伏探测器
光伏探测器基于光照产生电势差，用测电势差的原理。
它分为光电池与光电二极管两种类型，光电池主要是把光能转换为电能的器件，目前有硒光电池、硅光电池、砷化镓及锗光电池等，但目前运用最广的是硅光电池。
光电二级管分为P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。
以下我将分别介绍其工作原理及其特性。
1）P-N结光电二级管
2）PIN光电二级管
PIN光电二极管又称快速光电二极管，与一般的光电二极管相比，它具有不的时间常量，并使光谱响应范转向长波方向移动，其峰值波长可移至1.04~1.06um而与Y AG激光器的发射波长相对应。
它具有灵敏度高的优点，所以通常用于弱光检测（线性）。
它的结构图如2-3所示，它是由P型半导体和N型半导体之间夹了一层本征半导体构成的。
因为本征半导体近似于介质，这就相当于增大了P-N结结电容两个电极之间的距离，使结电容变得很小。
其次，P型半导体和N型半导体中耗尽层的宽度是随反向电压增加而加宽的，随着反偏压的增大，结电容也要变得很小。
由于I层的存在，而P区一般做得很薄，入射光子只能在I层内被吸收，而反向偏压主要集中在I区，形成高电场区，I区的光生载流子在强电场作用下加速运动，所以载流子渡越时间常量（）减小，从而改善了光电二极管的频率响应。
同时I层的引入加大了耗尽区，展宽了光电转换的有效工作区域，从而使灵敏度得以提高。
3）雪崩光电二级管
雪崩光电二级管（APD）是得用光生载流子在高电场区内的雪崩效应而获得光电流增益，具有灵敏度高、响应快等优点，通常用于激光测距、激光雷达、弱光检测（非线性）。
APD雪崩倍增的过程是：当光电二极管的p-n结加相当大的反向偏压时，在耗尽层内将产生一个很高的电场，它足以使在强电场区漂移的光生载流子获得充分的动能，通过与晶格原子碰撞将产生新的电子-空穴对。
新的电子-空穴对在强电场作用下，分别向相反的方向运动，在运动过程中又可能与原子碰撞再一次产生新的电子-空穴对。
如此反复，形成雪崩式的载流子倍增加。
这个过程就是APD的工作基础。
APD一般在略低于反向南穿电压值的反偏压下工作。
在无光照时，p-n结不会发生雪崩倍增效应。
但结区一旦有光照射，激发出的光生载流子就被临界强电场加速而导致雪崩倍增。
若反向偏压大于反向击穿电压时，光电流的增益可达（十的六次方）即发生“自持雪崩倍增”。
由于这时出现的散粒噪声可增大到放大器的噪声水平，以致使器件无法使用。
4）光电三级管
光电三级管与光电二极管比较，光电三级管输出电流较大，一般在毫安级，但光照特性较差，多用于要求输出电流较大的场合。
光电三极管有pnp和npn型两种结构，常用材料有硅和锗。
例如用硅材料制作的npn型结有3DU型，pnp型有3CU型。
采用硅npn型光电三
极管，其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变化影响小，所以得到位广泛应用。
下面以3DU型光电三极管为例说明它的结构、工作原理与主要特性。
3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管，如图2-4（a）所示。
由图可知，3DU 管的结构和普通晶体管类似，只是在材料的掺杂情况、结面积的大小和基极引线的设置上和普通晶体管不同。
因为光电三极管要响应光辐射，受光面即集电结（bc结）面积比一般晶体管大。
另外，它是利用光控制集电极电流的，所以在基极上既可设置引线进行电控制，也可以不设，完全同光一控制。
它的工作原理是工作时各电极所加的电压与普通晶体管相同，即要保证集电结反偏置，发射正偏听偏置。
由于集电结是反偏压，在结区有很强的内建电场，对3DU管来讲，内建电场方向是由c到b的。
和光电二极管工作原理相同，如果有光照到集电结上，激发电子-空穴对，接着这些载流子被内建电场分离，电子流向集电极，空穴流向基极，相当于外界向基极注入一个控制电流Ib=Ip。
因为发射击队结是正偏置的，空穴则留在基区，使基极电位升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，总的集电极电流为Ic=Ip+βIp=(1+β)Ip，式中β为电流增益系数。
由此可见，光电三极管的集电结是光电变换部分。
同时集电极、基极、发射极构成一个有放大作用的晶体管。
所以在原理上可以把它看万里一个由光电二极管与普通晶体管结合而成的组合件，如图2-4(b)所示。
光电三级管另一个特点是它的亮暗电流比要比光电二极管、光电池、光电导探测器大，所以光电三极管是用来作光开关的理想元件。
3．光电导探测器与电伏探测器的区别
1）光电导探测器是均值的，而光伏探测器是结型的。
2）光。