光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)探測器在光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通信(xin)系統中實現(xian)將光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)轉變(bian)(bian)成電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)作用，這主要是基(ji)于(yu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)生伏(fu)特(te)效(xiao)(xiao)應(ying)，所謂的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)生伏(fu)特(te)效(xiao)(xiao)應(ying)是指光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)照(zhao)使不(bu)均勻半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)或(huo)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)與(yu)金屬結合的(de)(de)(de)不(bu)同部位(wei)之間產(chan)生電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)差的(de)(de)(de)現(xian)象。(光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)效(xiao)(xiao)應(ying)是指在光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線作用下，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)吸(xi)收(shou)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)能量(liang)從鍵合狀(zhuang)態(tai)過度到(dao)自由狀(zhuang)態(tai)，而引(yin)起材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)率(lv)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)象。即當光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)照(zhao)射(she)(she)(she)到(dao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)上時，若(ruo)這個光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)為本征半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，且光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)輻射(she)(she)(she)能量(liang)又足夠強，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)價(jia)帶上的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)將被激發到(dao)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)帶上去，使光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)率(lv)變(bian)(bian)大是指由輻射(she)(she)(she)引(yin)起被照(zhao)射(she)(she)(she)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)率(lv)改變(bian)(bian)的(de)(de)(de)一種物理現(xian)象，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)作用于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，形(xing)成本征吸(xi)收(shou)或(huo)雜質吸(xi)收(shou)，產(chan)生附加的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)生載流(liu)子(zi)，從而使半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)率(lv)發生變(bian)(bian)化，產(chan)生光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)效(xiao)(xiao)應(ying)。)

光電(dian)(dian)探測器(qi)的(de)基本工作機理包括三個過程：(1)光生(sheng)載(zai)流子(zi)在光照下產生(sheng);(2)載(zai)流子(zi)擴(kuo)散或漂移形成(cheng)電(dian)(dian)流;(3)光電(dian)(dian)流在放大(da)(da)電(dian)(dian)路(lu)中(zhong)放大(da)(da)并轉換為(wei)電(dian)(dian)壓信(xin)號(hao)。當探測器(qi)表面有光照射時(shi)，如果材料禁帶(dai)(dai)寬度小于入射光光子(zi)的(de)能量(liang)即Eg<hv，則(ze)價帶(dai)(dai)電(dian)(dian)子(zi)可以躍遷到導帶(dai)(dai)形成(cheng)光電(dian)(dian)流。

   當光(guang)在(zai)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)時，光(guang)波的(de)(de)(de)(de)能量(liang)隨(sui)著傳(chuan)播會逐漸衰減，其原因是光(guang)子(zi)(zi)在(zai)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)產(chan)生了(le)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)。半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)對光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)主要的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)為本(ben)征(zheng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)，本(ben)征(zheng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)分為直(zhi)接(jie)躍(yue)(yue)遷和間(jian)接(jie)躍(yue)(yue)遷。通(tong)過測試半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)本(ben)征(zheng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)光(guang)譜除了(le)可(ke)以(yi)得到半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)禁帶寬度等信息(xi)外，還可(ke)以(yi)用來(lai)分辨(bian)直(zhi)接(jie)帶隙半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)和間(jian)接(jie)帶隙半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)。本(ben)征(zheng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)致材料的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)系(xi)(xi)數(shu)通(tong)常比較(jiao)高，由(you)于(yu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)能帶結(jie)構所以(yi)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)具有(you)連續的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)譜。從吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)譜可(ke)以(yi)看出，當本(ben)征(zheng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)開始時，半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)譜有(you)一明顯的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)邊。但是對于(yu)硅材料，由(you)于(yu)其是間(jian)接(jie)帶隙材料，與三五族材料相比躍(yue)(yue)遷幾(ji)率較(jiao)低，因而(er)只有(you)非常小的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)系(xi)(xi)數(shu)，同時導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)致在(zai)相同能量(liang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)子(zi)(zi)照射下在(zai)硅材料中(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)深度更大。直(zhi)接(jie)帶隙材料的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)邊比間(jian)接(jie)帶隙材料陡峭很多，如(ru)圖(tu) 畫出了(le)幾(ji)種(zhong)常用半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材料(如(ru) GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料)的(de)(de)(de)(de)入(ru)射光(guang)波長和光(guang)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)系(xi)(xi)數(shu)、滲透深度的(de)(de)(de)(de)關系(xi)(xi)。

　　光電探(tan)測器的性能指(zhi)標主要(yao)由量子效(xiao)率、響(xiang)應度(du)、響(xiang)應速度(du)和本征(zheng)帶(dai)寬、光電流，暗電流和噪聲等指(zhi)標組(zu)成：

1、量子效率：

　(wa 表(biao)(biao)示吸(xi)收層的厚度，αs表(biao)(biao)示光(guang)吸(xi)收系數，入(ru)(ru)射(she)(she)(she)波(bo)長 λ、材料消光(guang)系數 k 決定吸(xi)收系數 αs=4πk/λ。)考(kao)(kao)慮實際情況，入(ru)(ru)射(she)(she)(she)光(guang)在探(tan)測器(qi)(qi)表(biao)(biao)面會被反射(she)(she)(she)。同時(shi)探(tan)測器(qi)(qi)表(biao)(biao)面存(cun)在一定寬度的接(jie)觸(chu)摻雜區域，其中也會產生光(guang)子(zi)(zi)的消耗，考(kao)(kao)慮以上(shang)兩種因素的量子(zi)(zi)效(xiao)率的表(biao)(biao)達式：

　其中 d 表(biao)(biao)示(shi)(shi)接觸層厚(hou)度，Rf表(biao)(biao)示(shi)(shi)光電(dian)探(tan)測(ce)器表(biao)(biao)面的(de)反(fan)射(she)率(lv)。反(fan)射(she)率(lv)與界(jie)面的(de)折射(she)率(lv) nsc和(he)吸收層的(de)消光系(xi)數(shu) κ 有(you)關，Rf可(ke)以表(biao)(biao)示(shi)(shi)成(cheng)下式(shi)：

2、響應度

　　定義(yi)為光電探測器產生(sheng)光電流與(yu)入(ru)射光功(gong)率比(bi)，單位通常為 A/W。響應(ying)度與(yu)量子效率的大小有關，為量子效率的外在體(ti)現。響應(ying)度 R ：

　　IP表示(shi)光電探測器產(chan)生的光電流，Pr代表入射光功率。則量子效率可變(bian)為下式表示(shi)：

進而可獲得(de)響應(ying)度反應(ying)式(shi)為：

　　可知響應(ying)度與量子(zi)效率成正(zheng)比，由(you)于硅材料本身為間接帶隙，所以材料的量子(zi)效率較(jiao)低(di)，硅基光(guang)電探(tan)測器(qi)的響應(ying)度也較(jiao)小。

3、響應速(su)度和反應帶寬：

　　響(xiang)應速度可以用光(guang)生載(zai)流子的(de)(de)渡越(yue)(yue)時(shi)間(jian)(jian)(jian)表示(shi)，載(zai)流子的(de)(de)渡越(yue)(yue)時(shi)間(jian)(jian)(jian)外在(zai)的(de)(de)頻率響(xiang)應的(de)(de)表現(xian)就是探測器(qi)的(de)(de)帶寬。光(guang)生載(zai)流子的(de)(de)渡越(yue)(yue)時(shi)間(jian)(jian)(jian)在(zai)光(guang)生電流變(bian)化(hua)中表現(xian)為(wei)兩部(bu)分：上(shang)升時(shi)間(jian)(jian)(jian)和(he)下(xia)降時(shi)間(jian)(jian)(jian)。通常取上(shang)升時(shi)間(jian)(jian)(jian)和(he)下(xia)降時(shi)間(jian)(jian)(jian)中的(de)(de)較大者衡量(liang)探測器(qi)的(de)(de)響(xiang)應速度。決(jue)定探測器(qi)響(xiang)應速度的(de)(de)因素主要有：

　　⑴、耗盡(jin)區(qu)載流(liu)子(zi)(zi)渡(du)越時間：載流(liu)子(zi)(zi)的渡(du)越時間是影響探測(ce)器響應速(su)(su)度的重要因素，當耗盡(jin)區(qu)電(dian)場強度達到(dao)max時， Wd表(biao)示(shi)載流(liu)子(zi)(zi)的max漂移(yi)速(su)(su)度，W表(biao)示(shi)耗盡(jin)區(qu)寬度，那么(me)載流(liu)子(zi)(zi)的渡(du)越時間為：

t=W/Vd

　　⑵耗(hao)(hao)盡區外載(zai)流(liu)(liu)子(zi)擴散(san)時間：載(zai)流(liu)(liu)子(zi)擴散(san)的(de)速度較慢，同時大多數產生(sheng)(sheng)于(yu)耗(hao)(hao)盡區之外的(de)載(zai)流(liu)(liu)子(zi)的(de)壽(shou)命(ming)非常短，復(fu)合發生(sheng)(sheng)速度快(kuai)。所(suo)以擴散(san)運動只對距(ju)離耗(hao)(hao)盡區范圍較近的(de)載(zai)流(liu)(liu)子(zi)才能通過擴散(san)運動達到(dao)耗(hao)(hao)盡區中，并在電場中漂移產生(sheng)(sheng)光電流(liu)(liu)。Dc表(biao)示(shi)載(zai)流(liu)(liu)子(zi)的(de)擴散(san)系數，d 表(biao)示(shi)擴散(san)距(ju)離，則擴散(san)時間如(ru)下式：

⑶光電二極(ji)管(guan)耗盡區電容：越大，響應速度(du)就越慢。

　　為了達到較優的(de)(de)(de)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)(du)，需要(yao)在探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)和(he)光電探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)面(mian)積中折衷。如增(zeng)大(da)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)材料的(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)可(ke)(ke)以(yi)有(you)效減小耗盡區平板電容，同時(shi)可(ke)(ke)增(zeng)大(da)吸(xi)收(shou)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)可(ke)(ke)以(yi)提高探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)量(liang)子效率。但是吸(xi)收(shou)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)加導致耗盡區寬度(du)(du)的(de)(de)(de)變大(da)，是光生載(zai)流(liu)子渡越(yue)時(shi)間變長而有(you)可(ke)(ke)能降低(di)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)(du)。

　　⑷暗電流和噪聲

　　光(guang)電(dian)(dian)流(liu)指(zhi)在(zai)(zai)入(ru)射(she)光(guang)照射(she)下(xia)光(guang)電(dian)(dian)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)所(suo)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)生(sheng)電(dian)(dian)流(liu)，暗電(dian)(dian)流(liu)可(ke)以(yi)定義為沒有光(guang)入(ru)射(she)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)漏(lou)電(dian)(dian)流(liu)。其大小(xiao)影響著光(guang)接收(shou)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)大小(xiao)，是(shi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)指(zhi)標之一。暗電(dian)(dian)流(liu)主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)包(bao)(bao)括以(yi)下(xia)幾種：①耗(hao)盡區中(zhong)(zhong)邊界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)少(shao)子(zi)(zi)(zi)擴(kuo)散(san)電(dian)(dian)流(liu);②載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)-復合電(dian)(dian)流(liu)，通(tong)過在(zai)(zai)加(jia)工中(zhong)(zhong)消(xiao)除(chu)硅(gui)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶格缺(que)陷，可(ke)以(yi)有效減小(xiao)載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)-復合電(dian)(dian)流(liu)，通(tong)常對于(yu)高純度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單晶硅(gui)產(chan)(chan)生(sheng)-復合電(dian)(dian)流(liu)可(ke)以(yi)降低到2*1011A/nm2  以(yi)下(xia);③表面(mian)泄(xie)漏(lou)電(dian)(dian)流(liu)，在(zai)(zai)制造工藝結束時，對芯片表面(mian)進行鈍化(hua)處理，可(ke)以(yi)將表面(mian)漏(lou)電(dian)(dian)流(liu)降低到 1011A/nm2量級。當(dang)然(ran)，暗電(dian)(dian)流(liu)也(ye)受探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)工作溫度(du)和偏置電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)暗電(dian)(dian)流(liu)與噪聲(sheng)是(shi)分不(bu)開的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，通(tong)常光(guang)電(dian)(dian)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)噪聲(sheng)主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)分為暗電(dian)(dian)流(liu)噪聲(sheng)、散(san)粒噪聲(sheng)和熱噪聲(sheng)：a暗電(dian)(dian)流(liu)噪聲(sheng)：對于(yu)一個光(guang)電(dian)(dian)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)來(lai)講，可(ke)接收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)min光(guang)功(gong)率(lv)是(shi)由(you)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)暗電(dian)(dian)流(liu)決定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所(suo)以(yi)減小(xiao)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)暗電(dian)(dian)流(liu)能提(ti)高光(guang)接收(shou)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du);b散(san)粒噪聲(sheng)：當(dang)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)接收(shou)入(ru)射(she)光(guang)時，散(san)粒噪聲(sheng)就(jiu)產(chan)(chan)生(sheng)于(yu)光(guang)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)-復合過程中(zhong)(zhong)。由(you)于(yu)光(guang)生(sheng)載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數量變化(hua)規(gui)律服從泊松統計分部，所(suo)以(yi)光(guang)生(sheng)載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)過程存(cun)(cun)在(zai)(zai)散(san)粒噪聲(sheng);c熱噪聲(sheng)：由(you)于(yu)導體(ti)中(zhong)(zhong)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)隨機(ji)運動會(hui)產(chan)(chan)生(sheng)導體(ti)兩端電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波動，因(yin)此就(jiu)會(hui)產(chan)(chan)生(sheng)熱噪聲(sheng)。光(guang)電(dian)(dian)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)路模型(xing)中(zhong)(zhong)包(bao)(bao)含的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻為其熱噪聲(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)(zhu)要(yao)來(lai)源。

（來源：網絡，版(ban)權(quan)歸原(yuan)作者，若(ruo)有侵權(quan)請聯(lian)系刪除）