《光电探测器芯片》PPT课件.ppt

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1、光电探测器光电探测器的基本原理及一般分类光纤通信用光电二级管分类InGaAsPIN－PD光电二极管原理工艺及相关参数APD光电二极管原理及相关参数小结光电探测器的基本原理及一般分类电磁波光电探测器的基本原理及一般分类光电效应：当光束投射到固体表面时，进入体内的光子如直接与电子作用（吸收、动量传递等），引起电子状态的转变，则固体的电学性质随之改变，这类现象统称为固体的光电效应。光电效应分类：光电导效应、光伏效应…光电探测器的基本原理及一般分类光电导效应：半导体材料吸收光辐射而产生载流子（光生载流子），从而使半导体的导电率发生变化的现象。光伏效应：

2、在有PN结的半导体材料中，外界光入射后产生的载流子在P区及N区堆积产生电势。光电探测器的基本原理及一般分类1常用光电探测器分类：按可探测的波长范围紫外光探测器（200～400nm）：GaN，金刚石膜，SiC,ZnO,TiO2…可见光探测器（400～780nm）:SiCdS、CdSe、CdTe近红外光探测器（0.76～3um）中红外光探测器（3～30um）：InGaAs、AsGa、PbSe、InSb、HgCdTe、PbS….远红外光探测器（30～1000um）“热探测器”TGS/SBN/LiNaO3etc.很多探测器的探测范围是相互叠加的，因此可

3、以实现较大波长范围的光测试。*注，红外光根据应用分类方法略微不同。2按照工作原理分:光电导探测器/光伏探测器3按照结构分:体材料,PN结.PIN.APD,MSM等光电探测器的基本原理及一般分类光纤通信用光电探测器光纤通信波长范围：1:塑料光纤（POF）通信波长范围0.4-0.8um2:玻璃光纤通信波长范围0.7－1.65umSMF（OESCL波段1260-1675nm）O初始波段：1260-1360E扩展波段：1360-1460S短波段：1460-1530C常规波段：1530-1565L长波段：1565-1625U超长波段：1625－1675光

4、纤通信用光电探测器分类：1)吸收材料：SiGaAsInGaAsGe光纤通信用光电探测器2)结构类型：PN（Positive－Negative）光纤通信用光电探测器PIN（Positive-Intrinsic-Negative）光纤通信用光电探测器APD(Avalanche-Photodiode)光纤通信用光电探测器MSM(Metal-Semiconductor-Metal)InGaAsPINPD工作原理1.III－V族半导体材料特性：InGaAsPINPD工作原理2.晶格结构：闪锌矿晶格结构3能带：Ecconduction;Evvalence;

5、Egbandgap固体由分立的原子凝聚而成．因此固体中的电于状态不同于原子中的电子状态，但两者的电子状态之间又必定存在着联系。当每个原子都处于孤立状态时，电子都有相同的能级结构。如将这些孤立原子看作一个系统，那么每个电子能级都是简并的。如果将这些原子逐渐靠近。则它们之间的相互作用就会增强。首先是最外层的波函数发生交叠，这时相应于孤立原子的电子能级，内于原子之间的相互作用就要解除简并。原来具有相同能值的几个能级将分裂为具有不同能量值的几个能级。原于的间距愈小，电子波函数的交叠就越厉害，则分裂出来的能级之间的能量差距就放大。若由N个相同原子聚集而成

6、为固体，则相应于孤立原子的每个能级将分裂成N个能级。由于原子数N很大，所以分裂出来的能级将是十分密集的。它们形成一个能量数值上准连续的能带，称为允许带。由不同的原子能级所形成的允许带之间的间隔为禁止能带。4光电吸收A：hv>=Eg时，电子会从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。B：hv

7、等，在激光器的应用中的载流子及光子的限制作用，PD中的透明窗口作用等。单的PN结，是在反向偏压作用下增加内建电场和耗尽层厚度。在入射光的作用下产生电子空穴对，这些电子空穴对在耗尽层内的以较高的速度漂移，在耗尽层外则以扩散速度向两个电极运动，因此总的速度较慢，要增加响应速度就不得不增加反压来增加耗尽层宽度。另外的办法是使N层的掺杂浓度降低来从而在固定的偏压下获得较高的耗尽层厚度，从而提高速度。因而考虑在PN结中间增加I（近乎本征）层的区域。Va：外加偏压Nd：载流子浓度Wd：耗尽层厚度6PINPD的光电特性6.1η量子效率和响应度Rη<=1T1为

8、投射率，α0为吸收系数InGaAsPD：R>=0.85A/W@1310nmGaAsPD:R>=0.5A/W@850nm6.2暗电流（Id－Vr关系）无