光電導(dǎo)探測(cè)器

利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的光子型探測(cè)器，是用半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子器件，主要包括光電導(dǎo)探測(cè)器和光伏型探測(cè)器等。

光伏型探測(cè)器通常由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成，其原理是利用PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)將光生載流子掃出結(jié)區(qū)而形成信號(hào)。當(dāng)探測(cè)器受到光照(輻照)、體內(nèi)發(fā)生本征光吸收時(shí)，產(chǎn)生兩種帶相反電荷的光生載流子（電子和空穴）。這兩種光生載流子一開(kāi)始僅局限于光照區(qū)，隨后由于存在濃度梯度，其中一部分?jǐn)U散到PN結(jié)區(qū)，在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，分別聚集到結(jié)的兩端，形成電壓信號(hào)。如PN結(jié)兩端連成一個(gè)回路，則形成電流信號(hào)。

光子型探測(cè)器是有選擇性響應(yīng)波長(zhǎng)的探測(cè)器件。只有當(dāng)入射光子能量大于光敏材料中的電子激活能E時(shí),探測(cè)器才有響應(yīng)。對(duì)于外光電效應(yīng)器件，如光電管和光電倍增管，E等于電子逸出光電陰極時(shí)所要作的功,此數(shù)值一般略大于1電子伏。因此,這類(lèi)探測(cè)器只能用于探測(cè)近紅外輻射或可見(jiàn)光。對(duì)于光伏型探測(cè)器和本征光導(dǎo)型探測(cè)器,E等于半導(dǎo)體的禁帶寬度；對(duì)于非本征光導(dǎo)型探測(cè)器,E等于雜質(zhì)電離能。由于禁帶寬度和雜質(zhì)電離能這兩個(gè)參數(shù)都有較大的選擇余地，因此，半導(dǎo)體光子型探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，用本征鍺做成的光導(dǎo)型探測(cè)器，對(duì)近紅外輻射敏感；而用摻雜質(zhì)的鍺做成的光導(dǎo)型探測(cè)器，既能對(duì)中紅外輻射敏感（如鍺摻汞探測(cè)器），也能對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射敏感（如鍺摻鎵探測(cè)器）。

1、響應(yīng)率

光伏探測(cè)器的響應(yīng)率與器件的工作溫度及少數(shù)載流子濃度和擴(kuò)散有關(guān)，而與器件的外偏壓無(wú)關(guān)，這是與光電導(dǎo)探測(cè)器的不相同的。

2、噪聲

光伏探測(cè)器的噪聲主要包括器件中光生電流的散粒噪聲、暗電流噪聲和器件的熱噪聲，其均方噪聲電流為：

式中，為流過(guò)P-N結(jié)的總電流，它與器件的工作及光照有關(guān)，為器件電阻，因反偏工作時(shí)相當(dāng)大，熱噪聲可忽略不計(jì)，故光電流和暗電流引起的散粒噪聲是主要的.

下面著重討論光伏探測(cè)器在有無(wú)光照情況下的暗電流噪聲

a、光照時(shí)

通過(guò)器件的電流只有熱激發(fā)暗電流?！⊥?，可以寫(xiě)出負(fù)偏壓工作的光伏探測(cè)器的暗電流噪聲，顯然它只有零偏壓工作時(shí)的一半。

b、無(wú)光照時(shí)

3、比探測(cè)率

光伏探測(cè)器工作于零偏時(shí)，比探測(cè)率與成正比。當(dāng)入射波長(zhǎng)一定，器件量子效率相同時(shí)，越大，就越高。所以，零偏電阻往往也是光伏探測(cè)器的一個(gè)重要參數(shù)，它直接反應(yīng)了器件性能的優(yōu)劣。當(dāng)光伏探測(cè)器受熱噪聲限制時(shí)，提高探測(cè)率的關(guān)鍵在于提高結(jié)電阻和界面積的乘積和降低探測(cè)器的工作溫度，同時(shí)式也說(shuō)明，當(dāng)光伏探測(cè)器受背景噪聲限制時(shí)，提高探測(cè)率主要在與采用減小探測(cè)器視場(chǎng)角等辦法來(lái)減少探測(cè)器接收的背景光子數(shù)。

4、光譜特性

和其他選擇性光子探測(cè)器一樣，光伏探測(cè)器的響應(yīng)率隨入射光波長(zhǎng)而變化。

通常用硅能很好的光伏探測(cè)器。但其最佳響應(yīng)波長(zhǎng)在0.8-1.0,對(duì)于1.3或1.55紅外輻射不能響應(yīng)。鍺制成的光伏探測(cè)器雖能響應(yīng)到1.7,但它的暗電流偏高，因而噪聲較大，也不是理想的材料。對(duì)于接收大于1的輻射需要采用Ⅲ—Ⅴ和Ⅱ—Ⅵ族化合物半導(dǎo)體。

擴(kuò)散時(shí)間

假設(shè)光從P-N結(jié)的N側(cè)垂直入射，且穿透深度不超過(guò)結(jié)區(qū)，則光電流主要是N區(qū)及結(jié)區(qū)光生空穴電流所成。N區(qū)光生空穴擴(kuò)散至結(jié)區(qū)所需要的時(shí)間與擴(kuò)散長(zhǎng)度和擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。以N型硅為例，當(dāng)空穴擴(kuò)散距離為幾微米時(shí)，則需擴(kuò)散時(shí)間約s。對(duì)于高速響應(yīng)器件，這個(gè)量是不能滿(mǎn)足要求的。因此，在制造工藝上將器件光敏面作得很薄，以便得到更小的擴(kuò)散時(shí)間。

耗盡層中的漂移時(shí)間

由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，耗盡層中截流子的漂移速度與耗盡層寬度及其間電場(chǎng)有關(guān)。在一般的光電二極管中，不是限制器件頻率響應(yīng)特性的主要因素。

5、頻率響應(yīng)及響應(yīng)時(shí)間

光伏探測(cè)器的頻率響應(yīng)主要有三個(gè)因素決定(1)光生截流子擴(kuò)散至結(jié)區(qū)的時(shí)間;(2)光生截流子在電場(chǎng)作用下通過(guò)結(jié)區(qū)的漂移時(shí)間;(3)由結(jié)電容與負(fù)載電阻所決定的電路常數(shù)。

6、溫度特性

光伏探測(cè)器和其他半導(dǎo)體器件一樣，其光電流及噪聲與器件工作溫度有密切關(guān)系。