《漲知識啦18》---光電探測器基本原理

光電探測器報警怎麼消除

現如今，光電探測器已經應用到各個領域。透過與LED或鐳射二極體結合，光電探測器可用於電路隔離器、入侵報警以及鐳射雷達等系統，因此光電探測器的應用領域和範圍都將隨著時間的推移而不斷擴大，本期的內容就先給大家簡單介紹一下pn結光電探測器的基本工作原理。

就pn結光電探測器而言，光可以穿透至冶金結鄰近區域的pn結二極體中，該區域因吸收光子而產生電子-空穴對，如下圖所示。

在p型一側或n型一側不超過一個擴散長度的準中性區中，非平衡少數載流子擴散到耗盡區；隨後，這些空間電荷區的載流子和光生載流子透過電場進行輸運，即電子輸運到n型層，空穴輸運到p型層，該過程為二極體電流貢獻了一個附加的反向電流。假定整個二極體中光產生率G

L

保持一致，由於光照導致的電流增加量I

L

等於-q乘以單位時間內在體積為A（L

N

+W+L

P

）空間內由光產生的電子-空穴對，即

光譜響應是所有光電探測器的一個重要特徵。下圖是矽pn結光電探測器的光譜響應曲線。圖中的光電探測器響應只覆蓋了有限的波長範圍。在大多數的光電探測器中波長上限直接由半導體能頻寬度決定：如果光子能量大於吸收區的禁頻寬度E

G

，則所吸收光子可以產生電子-空穴對；反之，當光子能量小於E

G

時，半導體對於光子而言幾乎是透明的，因此半導體的光譜響應基本截止在λ

G

=1。24/E

G

處。另外，在光功率不變的情況下，探測器在單位時間內吸收短波長光子數的能力減小，因為針對短波長的光吸收效應更集中於半導體表面，但是多數光生載流子在擴散到耗盡區之前已經透過非輻射覆合的方式被消耗掉，因此光譜響應隨著波長變短而逐漸下降。

本期《漲知識啦》就到這啦！我們下期再見！

以上內容選自Semiconductor Device Fundamentals， ［美］ Robert F。 Pierret。