硅光电探测器的发展与应用

这些新产 生 的载 流子 根据 自身 极 性 ，在 电 场作 用 下 ，
向不 同方 向漂移 （ 电子 朝向 ｎ区、空 穴朝 向 Ｐ区） 。如 果外部 电路再进行相连 ，此 时就有光 电流产生 。
了人们 的广泛关 注 ，如 正 电子发射 计算机 断层扫描 装
置 （ ｏ ｉ ｏ ｍｉ ｉｎ Ｔｏ ｇ ａ ｈ ， Ｐ Ｔ） Ｐ Ｔ Ｐ ｓ ｒｎ Ｅ ｓ ｏ ｍｏ ｒｐ ｙ ｔ ｓ Ｅ 。 Ｅ
电子 飘 向 ｎ 区 ，空穴 飘 向 Ｐ 区 ；② 电子 在 到 达 ｎ
使得 Ｐ Ｔ和 ＭＲ 的结合 成 为可能 。本 文将介 绍几 种 Ｅ Ｉ
典型 的硅 光 电探 测器 以及 它们 的应 用 。
收稿 日期 ：２ １— ５０ ；修 回 日期 ：２１ — ６２ ０ １０ —３ ０ １０— ０
硅 光 电探测器 的发展 与应用
黄敏 敏 ，朱兴 龙
（ 扬州 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江 苏 扬州 ２５ ２ ） ２ １ ７
摘 要 ：半 导体 光 电探 测器 由于 体 积 小 、 灵敏 度 高 、 响应 速 度 快 、 易 于 集成 ，是 最 理 想 的 光 电 探 测 器 ，典 型 的 包 括 ＰＮ 光 电 二极 管 、 雪崩 二 极 管 以及 硅 光 电 倍 增 管 。 论 述 了 它们 的 工 作 原 理 ， 以及 在 光 纤通 信 、传 感 系 Ｉ 统 、高 能 物 理 、核 医 学 等领 域 的广 泛 应 用 。 关 键 词 ：硅 光 电倍 增 管 ； 雪崩 二 极 管 ；Ｐ Ｎ 光 电二 极 管 ； 光探 测 器 Ｉ
有很 多应 用 ，如衰 减器 、射频 交换 机和光纤 系统 中的
探测 器 。其 噪声 主要是 暗电 流和光 的离散光 子产生 的 散粒 噪声 。 ２ 雪崩二 极管 （ Ｐ Ａ Ｄ） 图 ２为雪崩二 极管 的工 作原 理 图 。其 中， 为 普 朗克常 量 ， 为 幅 射 电磁 波 频 率 ， 为能带宽度 。
作者简介 ：黄敏敏（９ ６）男 ， １ ８ 一 ， 江苏苏州人， 在读硕士研究生 ， 主要从事半导体器件的研究。
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机 械 工 程 与 自 动 化
２ｎ 年第 ６ Ｏ 期
区之前 ，必 须要通 过 雪 崩 区 间 （ 增 区域 ） 倍 ，此 区间 的电场更 强 ，其 电 场 强度 与所 用 材 料 及 掺 杂 浓 度 有
由于 Ｐ Ｎ 光 电二 极 管 有很 宽 的本 征 区域 ，因 此 Ｉ
有 了一个 较长 的光 波 吸收区域 和较 快的时 间响应 。它
是 目前惟 一可在 活体 上显示 生物分 子代谢 、受体 及神 经介 质活 动的新 型影像 技术 ，但它缺 乏对各 断层 面之
间 的 扫 描 ，而 核 磁 共 振 成 像 （ ｇ ｅ Ｒ ｓｎ ｎ ｅ Ｍａ ｎ ｔ ｅｏ ａ ｃ Ｉ ｇｎ ，ＭＲ ）正好 可 以 满 足这 一 要 求 ，它 可 以直 ｍａ ｉｇ Ｉ
在本征区 中的电场很 强 ，当一个 光子 在这 一 区域 被 吸
收时 ，光子能 量转换 给新 的载流子 （ 电子和 空穴对 ） ，
倍增 真空 管 （ ＭＴ ，真空 管 内部机 械 结构 部分 制 造 Ｐ ）
复 杂 ，体 积大而 且对 电磁干扰 非常 敏感 。硅光 电倍 增 管不 仅在 辐射测 量领域应 用广 泛 ，在 医学领 域也受 到
意义 。但 是 一 直 以 来 Ｐ Ｔ 所 使 用 的 光 探 测 器 是 Ｅ Ｐ ＭＴ，Ｐ ＭＴ并 不 能 在 强 磁 场 中工 作 ，从 而 限 制 了
ＭＲ 的发 展 ，硅 光 电倍 增 管 正 好 解 决 了这 个 问 题 ， Ｉ
在 吸收少量 光子 的情况下 产生成 百万 的光 电子 。它 对 光子 的吸 收原 理 跟 Ｐ Ｎ 光 电二 极 管 相 似 ，但分 两 个 Ｉ 步骤 ：①光 子在 吸 收 区域 被 吸 收 ，受 内电场 的作用 ，
中图 分 类 号 ：ＴＮ ６ ． １： Ｎ３２ ３４ Ｔ ８ 文 献标 识 码 ：
பைடு நூலகம்
０ 引 言
光 探测器 是一 种用来 探测 光或其 他 电磁 辐射能 量 的装 置 ，它把辐 射能量转 换成 电流或 电压 ，并从外 部 电路 测量 这 些 电流 、 电压 值 。通 过 测 量 这 些 输 出 响 应 ，反过来 可 以测 定 相应 的入 射 光强 度 或辐 射 强 度 。 典 型的光 电探测 器 有光 真 空 管 （ 电倍 增 管 ） 光 、半 导 体光 电二 极 管 、半 导 体 光 导器 件 、热 电偶 等 等 。２ Ｏ
世纪 ３ ０年代 时 ，人们 对 光 的探 测 与研 究 用 的是 光 电
１ Ｐ Ｎ光 电二 极管 Ｉ 图 １ Ｐ Ｎ光电二极 管 的工作 原理 图。它是一 个 为 Ｉ
在ｐ —ｎ二极 管 之 间加入 一 个 轻掺 杂 的本 征 区 的探 测
器 。图 １ ｃ （）显示 了跨越两端 的内部 电场 ，电场强 度随 着离二极管 表面 距离 的变 化 而变 化 。ＰＮ 光 电二极 管 Ｉ
接 做 出各 种体层 图像 ，不 会 产 生 Ｃ 检测 中 的伪 影 ， Ｔ 无 电离辐 射 ，对 机 体 没 有 不 良影 响 。如 果 能 把 Ｐ Ｔ Ｅ
和 ＭＲ 结合起来 将会 对 医学研 究 和 发展 具 有深 远 的 Ｉ
它 本质上 也是一个 ｐ —ｎ二极 管 ，与 Ｐ Ｎ 光 电二极 管 Ｉ 相 比，它 具有 内部增益 ，增 益一般 为 １ Ｏ ，可 以 Ｏ ～１
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机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨ ＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ８ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＲＩ Ｌ ＯＮ
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