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光电探测器概述及工作原理

发布时间:2022-10-27      点击次数:32
   光电探测器概述
  光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用,这主要是基于半导体材料的光生伏特效应,所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。(光电导效应是指在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态,而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时,若这个光电导体为本征半导体材料,且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去,使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象,光子作用于光电导材料,形成本征吸收或杂质吸收,产生附加的光生载流子,从而使半导体的电导率发生变化,产生光电导效应。
  工作原理
  光电探测器的基本工作机理包括三个过程:(1)光生载流子在光照下产生;(2)载流子扩散或漂移形成电流;(3)光电流在放大电路中放大并转换为电压信号。当探测器表面有光照射时,如果材料禁带宽度小于入射光光子的能量即Eg<hv,则价带电子可以跃迁到导带形成光电流。
  当光在半导体中传输时,光波的能量随着传播会逐渐衰减,其原因是光子在半导体中产生了吸收。半导体对光子的吸收主要的吸收为本征吸收,本征吸收分为直接跃迁和间接跃迁。通过测试半导体的本征吸收光谱除了可以得到半导体的禁带宽度等信息外,还可以用来分辨直接带隙半导体和间接带隙半导体。本征吸收导致材料的吸收系数通常比较高,由于半导体的能带结构所以半导体具有连续的吸收谱。从吸收谱可以看出,当本征吸收开始时,半导体的吸收谱有一明显的吸收边。但是对于硅材料,由于其是间接带隙材料,与三五族材料相比跃迁几率较低,因而只有非常小的吸收系数,同时导致在相同能量的光子照射下在硅材料中的光的吸收深度更大。直接带隙材料的吸收边比间接带隙材料陡峭很多,如图 画出了几种常用半导体材料(如 GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料)的入射光波长和光吸收系数、渗透深度的关系。
 
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