半导体光电探测器的应用

1、Ch4 半导体光电探测器半导体光电探测器 半导体光电探测器的应用 Ch4 半导体光电探测器半导体光电探测器 4-1 光电探测器性能参数光电探测器性能参数 4-2 光敏电阻光敏电阻(光电导光电导) 4-3 光电池光电池(太阳电池太阳电池) 4-4 结型光电探测器结型光电探测器 4-5 CCD摄像器件摄像器件 基本结构；基本原理；基本电学特性。基本结构；基本原理；基本电学特性。 光信号转换成电信号光信号转换成电信号 光子与电子相互作用的那一个过程？光子与电子相互作用的那一个过程？ 半导体光电探测器的应用 光电效应 光子效应与光热效应 光热效应是物体吸收光，引起温度升高的 一种效应。光热效应中典型的

2、有温差电效 应和热释电效应。 入射光的光子与物质中的电子相互作用并 产生载流子的效应，也就是单个光子的性 质对产生的电子直接作用的一类光电效应。 半导体光电探测器的应用 光子效应与光热效应 光热效应的反应慢，光子效应的反应快。 光热效应对光子频率没有选择性，光子效 应的光子的频率必须大于极限频率。 半导体光电探测器的应用 4-1 光电探测器性能参数光电探测器性能参数 一、基本性能参数一、基本性能参数 1.量子效率量子效率- Ip- 光电流光电流 P-光强光强 hv-光子能量光子能量 # 1） P：入射探测器表面光强：入射探测器表面光强-外量子效率外量子效率 2） P：探测器吸收光强：探测器吸收

3、光强-内量子效率内量子效率 h P q I p 半导体光电探测器的应用 2.响应度响应度-R 3.灵敏度 灵敏度-S 4.光谱响应率光谱响应率-单色单色 W V P V R p Vp-输出电压输出电压 W A P I S p Ip-输出电压输出电压 # P-某光谱范围内光功率某光谱范围内光功率 W V P V R p W A P I S p 半导体光电探测器的应用 5.等效噪声功率等效噪声功率-NEP Ip(输出信号电流输出信号电流)= 6.归一化探测率归一化探测率-D* 探测率：探测率： 归一化探测率：归一化探测率： 2 N i(噪声电流噪声电流) 光功率光功率 W S i P I i i

4、I P NEP 2 N p 2 N 2 N p NEP 1 2 N W i S NEP 1 D -习惯习惯 1 2 1 2 1 2 1 2 N * WfAD fA NEP 1 fA i S D 半导体光电探测器的应用 二、探测器噪声二、探测器噪声 1.噪声表述噪声表述 特点：随机，不可预测；特点：随机，不可预测； 统计平均值为统计平均值为0。 表征：均方值（方均值）表述。表征：均方值（方均值）表述。 总噪声：总噪声： 噪声特性：噪声特性： 与频率相关；与频率相关； or 与频率无关与频率无关-白噪声。白噪声。 dtvtv T v dtiti T i T N T N 2 0 2 2 0 2 1

5、1 平均平均 平均平均 t t tv ti tv ti 2 3 2 2 2 1 2 2 3 2 2 2 1 2 NNNN NNNN vvvv iiii 半导体光电探测器的应用 2.噪声源噪声源 1）热噪声）热噪声-载流子无规则热运动（白噪声）载流子无规则热运动（白噪声） 2）散粒噪声）散粒噪声-载流子渡越势垒区随机起伏（白噪声）载流子渡越势垒区随机起伏（白噪声） 3）产生）产生-复合噪声：载流子复合随机起伏复合噪声：载流子复合随机起伏 4）1/f噪声噪声-低频（低频（ nn p 半导体光电探测器的应用 4-4 CCD摄像器件摄像器件 -电荷耦合器件电荷耦合器件- -Charge Coupled

6、 Devices - CCD- 半导体光电探测器的应用 在在MIS加周期性电压时，空间电荷层内的少子产生速率赶加周期性电压时，空间电荷层内的少子产生速率赶 不上电压的变化，反型层来不及建立，只有靠耗尽层延伸向半不上电压的变化，反型层来不及建立，只有靠耗尽层延伸向半 导体内深处而产生大量离化电荷满足电中性条件。这种情况耗导体内深处而产生大量离化电荷满足电中性条件。这种情况耗 尽层宽度可远大于强反型时的最大耗尽层宽度，且其宽度随电尽层宽度可远大于强反型时的最大耗尽层宽度，且其宽度随电 压压VG幅度的增大而增大，这种状态称为深耗尽状态。幅度的增大而增大，这种状态称为深耗尽状态。 一般情况下，热弛豫时间一般情况下，热弛豫时间th th为 为100-102s。 #深耗尽状态深耗尽状态 半导体光电探测器的应用 CCD基本功能基本功能 处理线阵列或面阵列光信号、电信号处理线阵列或面阵列光信号、电信号 基本过程基本过程 线阵或面阵线阵或面阵光信号光