在光電子技術(shù)教室中，利用光檢測器、光檢測器、半導體PN結(jié)光效應制作的設(shè)備也被稱為光檢測器，也稱為結(jié)型光檢測器。 探針主要用于測量檢查、控制跟蹤、圖像測量和分析等。 雖然這種器件品種很多，但由于它們的原理相同，所以在性質(zhì)上多接近。 此類裝置可包含光電池、光電二極管、光電晶體管、光電場效應晶體管、PIN管、雪崩光電二極管、光電晶閘管、陣列型光電元件、象限型光電元件、位置敏感檢測器(PSD )、光電耦合元件等品種另一方面，三種工作模式(1)的零偏置的光伏工作模式中，若p-n結(jié)電路連接負載電阻RL，則如圖所示，若有光照射，則在p-n結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種相反的電流，通過光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對、由內(nèi)置電場形成的光產(chǎn)生電流Ip 其方向與p-n結(jié)反飽和電流I0相同的光電流在負載中流動時會產(chǎn)生電壓降，相當于向p-n結(jié)施加正偏置電壓，產(chǎn)生電流ID。 流過負載的總電流是兩者之差：(2)反偏壓的光導電工作模式無光時的電阻大，電流小的光照射時，電阻小，電流大，流過它的光電流根據(jù)照度變化。 類似于光導電元件。 (3)正向偏置的工作模式顯示出單向的導電性，與通常的二極管同樣地不出現(xiàn)光電效果。 沒有光的情況下，電壓-電流特性曲線與一般的二極管的電壓-電流特性曲線相同，如果照射光就會產(chǎn)生光電流，因為方向與I0相同，所以曲線沿電流軸向下偏移，偏移的寬度與照度的變化成比例。 二、光電檢測器的電壓-電流特性，第一象限：正向偏置工作模式，光電流不起作用，該區(qū)域的工作沒有意義。 第三象限：逆偏置光導電工作模式第四象限：零偏置光導電工作模式。 在有光的情況下，如果在PN結(jié)以外的電路上連接負載電阻，則如圖所示，在PN結(jié)內(nèi)，通過由光激勵產(chǎn)生的電子-空穴對產(chǎn)生的光產(chǎn)生電流，與光的照射相關(guān)，產(chǎn)生與PN結(jié)方向的飽和電流相同方向的電流，另一個電流流過負載電阻而產(chǎn)生電壓降， 相當于在PN結(jié)上施加正向偏壓產(chǎn)生正向電流，總電流為兩者之差，即負載中流動的總電流為：上式中的光電流與光照度成比例，比例常數(shù)稱為光靈敏度，即負載電阻斷開時，端子對端子電壓稱為開路電壓，近似為三、光電檢測器的偏壓因為該輸出電流I流過施加電路的負載電阻的電壓降是其自身的正偏壓，所以稱為自偏壓，該電路稱為自偏壓電路，電路圖如下圖所示。 因此，光電池電路方程式為：2，零伏偏置電路光檢測器在自偏置的情況下，如果負載電阻為零，則自偏置電壓為零，或者在光電檢測器為反偏置的情況下，反偏置電壓小或接近零。 在任一情況下，接近零伏特偏置或零伏特偏置的對應偏置電路被稱為零伏特偏置電路。 如果零伏偏置電路被用于光電檢測器，則1/f噪聲最小，暗電流為零，可以獲得高的信噪比。 因此，反飽和電流小，正、反特性好的光檢測器也經(jīng)常使用零偏置電路，可以避免偏置電路導入的噪聲。 四、光電檢測器的性能參數(shù)、1、響應率2、噪聲3、比檢測率4、頻譜特性5、頻率響應和響應時間6、溫度特性、1、響應率表明，光電檢測器的響應率與器件的工作溫度、少數(shù)載流子濃度和擴散有關(guān)，與器件的外偏壓無關(guān)2、噪聲、3、比探測率、光電檢測器零偏壓電阻也是光電檢測器的重要參數(shù)，它可以直接反映器件性能的優(yōu)劣。如果光電檢測器受熱噪聲限制，提高檢測率的關(guān)鍵在于結(jié)電阻和邊界面積的乘積和降低光電檢測器的工作溫度。 如果光電檢測器由背景噪聲有限，那么增加光電檢測器的響應率主要是通過減少光電檢測器的視場角等的方式減少光電檢測器接收到的背景光子的數(shù)目、4和光譜特性，與其它選擇性光電檢測器一樣，光電檢測器的響應率根據(jù)人的光的波長而變化。 近紅外和可見光波段使用的光電檢測器材料多為硅和鍺，5、頻率響應和響應時間、6、溫度特性、5 .光電檢測器應用1 .光電池和應用光電池是不施加偏置電壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的光電檢測器。 光電池可以分為太陽能電池和測量光電池兩種。 太陽能電池主要用作電源，其要求具有轉(zhuǎn)換效率高、低成本、結(jié)構(gòu)簡單、小型、輕量、可靠性高、壽命長、可以直接利用太陽能的特征，不僅成為宇宙產(chǎn)業(yè)上的重要電源，還廣泛應用于電力供給困難的地方和人們的日常生活中在測定光電池的主要應用時，光電池不加偏壓將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，其要求線性范圍寬，靈敏度高，光譜響應適當，穩(wěn)定性好，長壽命，光度、色度、光學精密計量和測試試驗中廣泛應用(1)光電池的結(jié)構(gòu)光電池單晶向一個n型硅芯片擴散p型雜質(zhì)，形成一個擴散np結(jié)，或者向p型硅晶片擴散n型雜質(zhì)，形成pn結(jié)，焊接兩個電極。 p端是光電池的正極，n端是負極，一般在地面上作為光電檢測器使用的多為np型。 pn型硅光電池具有很強的抗輻射能力，適合空間應用，已成為宇宙的太陽能電池。 下圖是示出硅光電池的結(jié)構(gòu)的圖。 (2)光電池的應用主要有兩個方面，一個是光電檢測器，二個是太陽能變成電能。 將光電池用作檢測器具有受光面積命中、頻率響應高、光電流隨照度線性變化等特征。 因此，既可以作為開關(guān)，也可以作為線性測量。 用于光電讀取、光電開關(guān)、光柵測量技術(shù)、激光對準、電影播放等裝置。 利用光電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，現(xiàn)在主要使用硅光電池。 他承受強放射線，轉(zhuǎn)換效率比其他光電池高。 在實際應用中，硅光電池單體串聯(lián)、并聯(lián)構(gòu)成電池組，可與鎳鎘蓄電池合作，作為衛(wèi)星、微波站、野外燈塔、航空標志燈、無人氣象站等無輸電線路的地區(qū)電源供給。 2、光電二極管隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光信號在感知靈敏度、光譜響應范圍和頻率特性等方面的要求越來越高。 光電二極管的工作原理與光電池相同，基于P-N結(jié)的光電效應工作。 但是，它與光電池不同，摻雜濃度低，電阻率高，結(jié)面積小，通常多在反偏置狀態(tài)下工作。 因此，光電二極管的內(nèi)置電場強，接合部厚，接合電容小，所以頻率特性比光電池好，但其光電流比光電池的肩多，一般微電平多。 (1)硅光電二極管的結(jié)構(gòu)。 (2)其他應用： a，PIN光電二極管在P-N結(jié)之間增加了特征層(I層)，該器件也被稱為PIN光電二極管，也稱為耗盡型光電二極管。 只要適當?shù)乜刂票菊鲗拥暮穸龋蛊渑c反偏壓中的耗盡層的寬度大致相同，就可以改善對應的波長范圍和頻率。 PIN硅光電二極管使用常用的耗盡層光電檢測器。 采用高電阻純硅材料和離子漂移技術(shù)形成無雜質(zhì)本征層，厚度約500m，其結(jié)構(gòu)如下：為了更好地使用和發(fā)揮光電二極管系統(tǒng)的最佳性能，PIN-FET微模塊的設(shè)計和制作有發(fā)展趨勢。 該器件是包括小面積、小容量光電二極管和高輸入阻抗的場效應管前置放大器的組合，其中所有引線的長度和雜散電容都非常小。電容小，所以輸入阻抗高，可以大幅度降低熱噪聲，該組件還具有供電電壓低，工作非常穩(wěn)定，易用性好的特征。 PIN光電二極管的上述優(yōu)點非常廣泛地應用于光通信、光雷達和其他高速光自動控制系統(tǒng)。 b、雪崩光電二極管(APD )的通用硅光電二極管和PIN光電二極管是沒有內(nèi)部增益的光檢測器，但在光檢測器系統(tǒng)中的實用中，多檢測微光信號，采用具有內(nèi)部增益的光檢測器是微弱光信號雪崩光電二極管是具有內(nèi)部增益的光檢測器，利用光載流子在高電場區(qū)域的雪崩效應來獲得光電流增益，具有靈敏度高、應對快等優(yōu)點。 用于制作雪崩二極管的材料主要是硅和鍺，實際設(shè)備在非常短的響應時間(即，對應數(shù)千兆位的頻率)下，已經(jīng)達到100至1000的增益，因此可以使用光纖通信、激光測距、激光雷達、光纖傳感器等另外，光電晶體管可以利用雪崩倍增效應來獲得有增益的半導體光電二極管(APD )，但可以采用通用的晶體管放大原理來獲得具有電流內(nèi)增益的另一光電檢測器、光電晶體管。 這與普通的雙極晶體管很相似，都由非常接近的P-N結(jié)發(fā)射極結(jié)和集電極結(jié)構(gòu)成，具有電流放大作用。 為了充分吸收光子，光電晶體管需要大的受光面，所以響應頻率遠低于光電二極管。 光電晶體管相當于基極和集電極之間連接了光電二極管的普通晶體管，所以結(jié)構(gòu)與普通晶體管相似，但也有特殊之處。 如圖所示，圖e、b、c分別表示光電晶體管的發(fā)射極、基極、集電極。 保證了在正常工作時基極-集電極接合(b-c接合)處于反偏置狀態(tài)，光電晶體管的工作作為受光接合有兩個過程：一個光電轉(zhuǎn)換； 第二個是光電流放大。 光電轉(zhuǎn)換與通常的光電二極管相同，在對集電極施加相對的發(fā)射極的正方向電壓而使基極斷開時，基極-集電極結(jié)處于反偏置狀態(tài)。 光照射不到時激勵產(chǎn)生的少數(shù)載流子，電阻從基極進入集電極，空穴從集電極移動到基極，在外部電路中流過電流。 當基極區(qū)域沒有照射光時，在該區(qū)域產(chǎn)生電子空穴對，并且光電子通過電場漂移到集電極而形成電流。 同時，空穴殘留在基極區(qū)域，基極的電位上升，發(fā)射極經(jīng)由基極向集電極流動大量的電子。 應用：沒有基極引線的光電晶體管。 通過光的“注入”，放大集電結(jié)光電二極管的光電流，得到在集電極電路中放大的光電流。 “注入”的光強度不同，得到的光產(chǎn)生電流不同。 無基極引線光電晶體管的實用化有電流控制和電壓控制兩種電路。 在沒有光的情況下，暗電流小，并且敏感繼電器可以直接與不要求對應的速度的切換電路串聯(lián)地連接到基本電路。 可以比較容易地實現(xiàn)光電自動控制。 帶基極引線的光電晶體管。 帶基極引線的光電晶體管適合于高速開關(guān)電路和調(diào)制光的檢測。 6 .總結(jié)(1)，利用半導體光電效應制作的器件稱為光電檢測器。 常用的是光電池、光電二極管(PD )、PIN光電二極管(PINPD )、雪崩二極管(APD )和光電晶體管等電池光電檢測器。 其中，PIN光電二極管和雪崩二極管是高響應速度的光電檢測器，光電晶體管和雪崩二極管是內(nèi)增益的光電檢測器。 (2)、光電檢測器有光導電和光電兩種工作模式，分別對應于逆偏壓和自偏壓兩種狀態(tài)。 光電二極管多以光導電模式工作，光電池多以光電模式工作。 模式、(3)、光檢測器的光電特性不僅與材料有關(guān)，還與光的范圍、負載的大小、施加電