不同類型的光電二極管技術(shù)特點(diǎn)

在本文中，我們將討論一些不同類型的光電二極管技術(shù)以及用于制造它們的半導(dǎo)體（即硅）的優(yōu)缺點(diǎn)。

硅光電二極管

硅絕對(duì)不是一種奇特的半導(dǎo)體材料，但它是一種很好的光電二極管。硅光電二極管是許多可見光應(yīng)用的絕佳選擇。

這是硅要記住的主要限制：它主要對(duì)可見光的波長(zhǎng)敏感。在許多系統(tǒng)中，例如響應(yīng)環(huán)境光級(jí)別的調(diào)光器，這正是您想要的。如果近紅外區(qū)域的波長(zhǎng)對(duì)您的應(yīng)用很重要，則紅外增強(qiáng)型硅光電二極管將使您對(duì)近紅外區(qū)域的波長(zhǎng)更加敏感。

Hamamatsu 的硅光電二極管手冊(cè)中的這張圖顯示了他們各種硅光電探測(cè)器產(chǎn)品的光譜響應(yīng)。QE 代表量子效率。

硅光電二極管是出色的通用光檢測(cè)器。它們可靠且廣泛可用，它們對(duì)照度的電響應(yīng)是高度線性的，并且它們具有良好的暗電流和帶寬性能。事實(shí)上，Thorlabs 銷售的最低暗電流和最高速度的光電二極管都是硅器件。

紅外探測(cè)器

銻化銦 （InSb）

當(dāng)我想到光電二極管時(shí)，第一個(gè)想到的材料是 InSb。它不像硅那么常見，但它已深深烙印在我的工程意識(shí)中，因?yàn)槲覅⑴c過的最重要的企業(yè)項(xiàng)目之一是圍繞一系列 InSb 光電二極管構(gòu)建的。

InSb 對(duì)短波長(zhǎng)和中波長(zhǎng)紅外線敏感，為必須檢測(cè)熱特征而非可見光的應(yīng)用提供卓越的性能。然而，要充分利用 InSb，您需要付出一些額外的努力——即將光電二極管冷卻到低溫。他們制造了一種叫做杜瓦瓶的東西，里面裝著二極管和液氮。您用 LN2 填充杜瓦瓶，然后您的 InSb 探測(cè)器就可以達(dá)到最大靈敏度。

銦鎵砷 （InGaAs） 和鍺 （Ge）

InGaAs 被廣泛用作快速、高靈敏度的紅外探測(cè)器材料。與 InSb 不同，它通常在室溫下使用，并且在較短的波長(zhǎng)下具有一點(diǎn)額外的響應(yīng)度：InSb 擴(kuò)展到大約 1 μm，而 InGaAs 范圍下降到大約 0.7 μm。

鍺在光譜響應(yīng)方面與 InGaAs 相似，它在室溫下工作。InGaAs 可以實(shí)現(xiàn)顯著更高的信噪比。

碲鎘汞 （HgCdTe）

碲化鎘汞作為長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外應(yīng)用的檢測(cè)器具有重要作用。InGaAs 和 InSb 的光譜響應(yīng)分別在 2–3 μm 和 5–6 μm 處逐漸減小，而 HgCdTe 則延伸到 16 μm。長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外 （LWIR） 用于被動(dòng)熱檢測(cè)和成像。

與 InSb 探測(cè)器一樣，HgCdTe 探測(cè)器被冷卻到低溫。這是一個(gè)主要的不便之處，許多設(shè)備使用非制冷微測(cè)輻射熱計(jì)進(jìn)行 LWIR 成像；微測(cè)輻射熱計(jì)直接對(duì)熱能作出反應(yīng)，而光電二極管則對(duì)電磁輻射中的入射光子作出反應(yīng)。微測(cè)輻射熱計(jì)更便宜、更小、更節(jié)能；HgCdTe 產(chǎn)生更高質(zhì)量的圖像。

紫外線探測(cè)器

盡管硅主要對(duì)可見光波長(zhǎng)敏感，但可以優(yōu)化硅光電二極管以增強(qiáng)紫外線響應(yīng)。這些器件稱為紫外線增強(qiáng)型硅光電二極管。這是測(cè)量紫外線的一種方法。

您可能熟悉碳化硅 （SiC）。它是一種日益突出的半導(dǎo)體材料，主要與高功率 MOSFET 相關(guān)聯(lián)，但事實(shí)證明，碳化硅二極管非常適合用作紫外線檢測(cè)器。

碳化硅光電二極管是堅(jiān)固耐用的器件，自然僅對(duì) 200 nm 至 400 nm 波段的紫外光敏感。

這是由Electro Optical Components制造的碳化硅光電二極管的歸一化光譜響應(yīng)。

這種有限的光譜響應(yīng)意味著 SiC 光電二極管在必須防止可見光或紅外光干擾 UV 測(cè)量的系統(tǒng)中不需要光學(xué)過濾。紫外線增強(qiáng)型硅光電二極管就是這樣——增強(qiáng)了紫外線靈敏度。它們保持對(duì)可見光的敏感性，實(shí)際上它們對(duì)可見光的敏感性比對(duì)紫外線的敏感性高得多。

入射光功率與產(chǎn)生的光電流之間的數(shù)學(xué)關(guān)系稱為響應(yīng)度。與硅的峰值響應(yīng)度相比，碳化硅的峰值響應(yīng)度相當(dāng)?shù)?，但硅的峰值響?yīng)度與紫外線應(yīng)用無關(guān)，因?yàn)樗l(fā)生在遠(yuǎn)離紫外線波長(zhǎng)的地方。如果我們只看光譜的 200-400 nm 部分，碳化硅的響應(yīng)率與硅的響應(yīng)率相似。

回顧

硅光電二極管提供方便、高性能的可見光譜照度測(cè)量。紅外探測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)材料是銻化銦 （InSb）、砷化銦鎵 （InGaAs）、鍺 （Ge） 和碲化鎘汞 （HgCdTe）。對(duì)于 UV 應(yīng)用，UV 增強(qiáng)硅是一種選擇，如果您需要可靠的高溫操作或如果您的探測(cè)器必須忽略可見光和紅外光，則碳化硅是值得考慮的。
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