一文讀懂高深莫測的光電檢測技術

光電檢測技術在很多領域都有着非常廣泛的應用,從簡單的紅外感應器到光纖通訊設備,以及我們日常拍照的手機裏的圖像傳感器。無論是單個的接收管還是大規模的光電單元陣列,其基本原理都是光電效應中的光吸收。
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至於光電效應,這就是中學課本的知識點了。簡單來說就是原子的核外電子吸收了光子的能量後掙脫了原子核的束縛而跑出來,這個能量和頻率有關,即E=hv,最小的能量值稱作禁帶寬度。
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一、光電檢測的概念與參數

1、 響應度

光電效應產生的電子在電場的作用下移動即生成光電流,其電流大小與入射光的功率成比例Ip=RPin。R爲檢測器的響應度,單位A/W。

2、 量子效率

能轉換爲光電流的光子數和入射光子總數比值爲量子效率。可表示爲:
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即:
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3、 響應帶寬

帶寬即響應時間,根本原因在於光生載流子通過吸收區的時間。但是吸收區的寬度又和響應度是正相關的,所以這二者是互相牽制的。與此相關的另一個參數即寄生電容。

4、 暗電流

所謂的暗電流顧名思義就是無光照時的電流。這時雖然沒有外部光子激發電子,但是半導體內部因爲熱效應或者雜散光等產生的載流子一樣會形成電流,不過這個電流一般很小,大多nA以下。

上述是光電探測器的幾個典型參數,但是不同的半導體對於光子的吸收是不一樣的,除了我們最常見的如Si,Ge等,其他的新型材料也在不斷出現以適用於不同的技術方案中。而對於新材料的探索可以說是目前傳感檢測領域最熱門前沿的領域

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