日期：2022-12-02
光敏二極管傳感器由半導(dǎo)體 pn 結(jié)組成，如激光二極管和激光二極管和 LED 物理學(xué)中描述的LED. 落在結(jié)上的光會導(dǎo)致電子-空穴對的形成。在光伏模式下，即沒有施加偏壓，電子-空穴對遷移到結(jié)的相對側(cè)，從而產(chǎn)生電壓(和電流，如果器件連接在電路中)。然而，大多數(shù)光電二極管都在光電導(dǎo)模式下工作，其中在結(jié)上施加反向偏壓。
光敏二極管一、電荷載流子
在這種模式下運行提供了一些顯著的優(yōu)勢。反向偏壓增加了耗盡區(qū)的寬度，從而導(dǎo)致更大的光敏區(qū)域允許更多的光收集。此外，偏壓會在結(jié)中產(chǎn)生強場，將載流子迅速掃出，從而降低發(fā)生重組的可能性。這確保了大的量子產(chǎn)率或光子到電荷載流子的有效轉(zhuǎn)換。光接收器物理)。在反向偏置光電二極管中，由偏置和電荷載流子產(chǎn)生的電流與寬動態(tài)范圍內(nèi)的入射光強度成正比。
光敏二極管二、間隙半導(dǎo)體
半導(dǎo)體光子源和光子探測器之間的一個關(guān)鍵區(qū)別是前者需要使用直接間隙半導(dǎo)體，而后者可以使用間接間隙半導(dǎo)體。雖然能量和動量守恒的同時要求使得光子發(fā)射在間接間隙半導(dǎo)體中的可能性大大降低，但吸收的情況并非如此。一個容易實現(xiàn)的兩步過程發(fā)生在電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中的高水平，然后是弛豫過程，其中它的動量轉(zhuǎn)移到聲子。由于這個過程可以是連續(xù)的，因此它比兩個步驟必須同時發(fā)生的發(fā)射過程更有可能。
光敏二極管三、光子探測器
其結(jié)果是，Si 和鍺 (Ge) 等 IV 族元素半導(dǎo)體可以成為高效的光子探測器，類似于 GaAs 或 InGaAs 等直接間隙 III-V 系統(tǒng)。Si 在電子電路和設(shè)備中無處不在，這使得 Si 光電二極管是儀器中最常見的光檢測器也就不足為奇了(參見圖 1，了解典型的設(shè)備架構(gòu))。Si 的光譜響應(yīng)度涵蓋 UV、VIS 和 NIR。其他半導(dǎo)體材料的光電二極管可以覆蓋電磁頻譜的其他部分。Si 的光譜響應(yīng)度涵蓋 UV、VIS 和 NIR。其他半導(dǎo)體材料的光電二極管可以覆蓋電磁頻譜的其他部分。Si 的光譜響應(yīng)度涵蓋 UV、VIS 和 NIR。其他半導(dǎo)體材料的光電二極管可以覆蓋電磁頻譜的其他部分。
光敏二極管四、電子轉(zhuǎn)換
光電二極管具有使它們與熱對應(yīng)物區(qū)分開來的幾個特性。光子到電子的轉(zhuǎn)換非常迅速，因此這些探測器具有跟蹤快速變化的輻射水平的潛力。檢測率可以顯著高于熱檢測器。檢測機制強烈依賴于波長，即，由于光子到瓦特的轉(zhuǎn)換，響應(yīng)度峰值在短波長處下降，而在長波長處，由于產(chǎn)生電子-空穴對所需的最小光子能量，響應(yīng)度峰值下降。光電二極管的動態(tài)范圍可以非常大，超過
10 10的值用一個探測器。由于這種大的檢測率和動態(tài)范圍，光電二極管通常用于在很寬的范圍內(nèi)測量光功率。
光敏二極管五、適應(yīng)脈沖積分
對于 CW 或準 CW
源，這很簡單，對于脈沖源，程序可用于估計脈沖能量。光電二極管也可以用作能量傳感器，只要它們的時間響應(yīng)可以適應(yīng)脈沖積分。由于低端的檢測率降低(由于更快的時間響應(yīng))以及高端檢測器的線性響應(yīng)飽和，這會導(dǎo)致動態(tài)范圍的減小。這是因為電子-空穴對開始重組而不是流過。
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