本文主要是關于光電倍增管和雪崩光電二極管的介紹,希望通過本文能讓你對光電倍增管和雪崩光電二極管有更深的了解。
?光電倍增管
光電(dian)倍(bei)增(zeng)管是將微(wei)弱光信(xin)號轉換成電(dian)信(xin)號的(de)真空(kong)電(dian)子器件。光電(dian)倍(bei)增(zeng)管用(yong)在(zai)(zai)光學(xue)測量儀(yi)器和(he)光譜分(fen)析儀(yi)器中。它能在(zai)(zai)低(di)能級光度學(xue)和(he)光譜學(xue)方面(mian)測量波長200~1200納(na)米的(de)極微(wei)弱輻(fu)射(she)功率。閃爍(shuo)計數器的(de)出現(xian),擴大了光電(dian)倍(bei)增(zeng)管的(de)應用(yong)范圍。激光檢測儀(yi)器的(de)發展與采用(yong)光電(dian)倍(bei)增(zeng)管作為有(you)效接(jie)收器密切有(you)關。電(dian)視電(dian)影的(de)發射(she)和(he)圖象傳(chuan)送也離不(bu)開光電(dian)倍(bei)增(zeng)管。光電(dian)倍(bei)增(zeng)管廣泛地(di)應用(yong)在(zai)(zai)冶金、電(dian)子、機械、化(hua)工(gong)、地(di)質、醫療(liao)、核工(gong)業、天文和(he)宇宙空(kong)間研究等領域。
特性:
1.穩定性
光電倍增管的穩定性是由器件本身特性、工作狀態和環境條件等多種因素決定的。管子在工作過程中輸出不穩定的情況很多,主要有:
a.管內電極焊接不良、結構松動、陰極彈片接觸不良、極間尖端放電、跳火等引起的跳躍性不穩現象,信號忽大忽小。
b.陽極輸出電流太大產生的連續性和疲勞性的不穩定現象。
c.環境條件對穩定性的影響。環境溫度升高,管子靈敏度下降。
d.潮濕環境造成引腳之間漏電,引起暗電流增大和不穩。
e.環境電磁場干擾引起工作不穩。
2.極限工作電壓
極限工作電壓是指管子所允許施加的電壓上限。高于此電壓,管子產生放電甚至擊穿。
應用:
由于光電倍增管增益高和響應時間短,又由于它的輸出電流和入射光子數成正比,所以它被廣泛使用在天體光度測量和天體分光光度測量中。其優點是:測量精度高,可以測量比較暗弱的天體,還可以測量天體光度的快速變化。天文測光中,應用較多的是銻銫光陰極的倍增管,如RCA1P21。這種光電倍增管的極大量子效率在4200埃附近,為20%左右。還有一種雙堿光陰極的光電倍增管,如GDB-53。它的信噪比的數值較RCA1P21大一個數量級,暗流很低。為了觀測近紅外區,常用多堿光陰極和砷化鎵陰極的光電倍增管,后者量子效率max可達50%。普通光電倍增管一次只能測量一個信息,即通道數為1。
由(you)于(yu)通道數受陽極末端細金屬絲的限(xian)制(zhi),只做到(dao)上(shang)百個通道。
雪崩光電二極管
雪(xue)崩光(guang)(guang)(guang)(guang)電二極(ji)管 (semiconductor avalanche photodiode )是具有內(nei)部光(guang)(guang)(guang)(guang)電流增(zeng)益的半導體光(guang)(guang)(guang)(guang)電子器件(jian),又稱固態光(guang)(guang)(guang)(guang)電倍增(zeng)管。它應用光(guang)(guang)(guang)(guang)生(sheng)載流子在(zai)二極(ji)管耗盡(jin)層(ceng)內(nei)的碰撞電離效應而(er)獲(huo)得光(guang)(guang)(guang)(guang)電流的雪(xue)崩倍增(zeng)。這種器件(jian)具有小型、靈(ling)敏、快(kuai)速等優點,適用于以微弱光(guang)(guang)(guang)(guang)信號(hao)的探測和(he)接收,在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)通信、激光(guang)(guang)(guang)(guang)測距(ju)和(he)其他光(guang)(guang)(guang)(guang)電轉換數據處(chu)理(li)等系統(tong)中應用較廣。
影響響應速度的因素:
載流子在耗盡層中獲得的雪崩增益越大,雪崩倍增過程所需的時間越長。因而,雪崩倍增過程要受到“增益-帶寬積”的限制。在高雪崩增益情況下,這種限制可能成為影響雪崩光電二極管響應速度的主要因素之一。但在適中的增益下,與其他影響光電二極管響應速度的因素相比,這種限制往往不起主要作用,因而雪崩光電二極管仍然能獲得很高的響應速度。現代雪崩光電二極管增益-帶寬積已達幾百吉赫。
與一般(ban)的(de)半導(dao)(dao)體(ti)光(guang)(guang)電二(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)一樣,雪崩光(guang)(guang)電二(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)光(guang)(guang)譜靈敏(min)范圍主要取決于(yu)半導(dao)(dao)體(ti)材料的(de)禁帶寬度。制備雪崩光(guang)(guang)電二(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)材料有硅(gui)、鍺(zang)、砷化鎵和(he)磷(lin)化銦等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其(qi)(qi)三元(yuan)、四元(yuan)固熔體(ti)。根(gen)據形成耗盡層方法的(de)不同(tong),雪崩光(guang)(guang)電二(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)有PN結型(同(tong)質的(de)或異質結構的(de)PN結。其(qi)(qi)中又有一般(ban)的(de)PN結、PIN結及諸如(ru) N+PπP+結等特(te)殊的(de)結構)、金(jin)屬半導(dao)(dao)體(ti)肖特(te)基勢壘型和(he)金(jin)屬-氧化物-半導(dao)(dao)體(ti)結構等。
光電倍增管和雪崩光電二極管的區別
簡單來說,光電二極管不能放大信號,光電倍增管能放大信號,因此一般用作微弱光的檢測。
1.首先原理是不同的。
光電二極管是利用的半導體的能帶理論,當光照射光電二極管時,光的能量大于帶隙能量時,價電子帶的電子受到激勵向導帶運動,原來的價電子就留下空穴。這樣在P區、N區及耗盡層就產生電子-空穴對。在耗盡層電場作用下電子向N區、空穴向P區加速運動,這樣使得P區帶正電,N區帶負電,各自向對方的電極方向運動(漂移),這樣就產生了電流。然后對這個電流進行檢測,就可以得到光的信息,或者再對這個電流進行放大,用來發電,這就是太陽能電池。
光電倍增管的原理主要有兩個:光電效應和二次電子發射理論。首先光電效應,大家都懂,就是當光入射到堿金屬表面時,會有電子放出,當電子的動能超過堿金屬的逸出功時,就會逃離金屬表面,這時如果用非常靈敏的電流計就可以探測到電流信號。第二部是放大,逃逸出的電子在經過倍增極的二次放大,就會使電流信號不斷增大,最后在陽極輸出一個較大的電流信號。與光電倍增管對比來看,光電倍增管不僅能產生電流還能對電流進行放大,不過兩者產生電流的原理是完全不同的。
2.其次應用范圍不同。
這個就很明白(bai)了,凡是(shi)用(yong)到微弱光探測的地方(fang)一(yi)般都用(yong)光電倍增管(guan),比如一(yi)些伽(jia)馬(ma)相(xiang)機,放射(she)源的探測,等等。而光電二極管(guan)的應用(yong)在原理(li)中(zhong)已(yi)簡單交(jiao)待,不再贅述(shu)。
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