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光检测器介绍PINAPD详细讲解
（适用于讲座，演讲，授课，培训等场景）
光检测器介绍PINAPD详细讲解
光检测器介绍
光电二极管的物理原理
光检测器噪声
检测器响应时间
雪崩倍增噪声
InGaAs APD结构
温度对雪崩增益的影响
主要内容
光电检测器的要求
光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/电信号的转换。对光检测器的基本要求是：
- 在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入
射光功率，能够输出尽可能大的光电流；
- 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统；
- 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响；
- 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真；
- 具有较小的体积、较长的工作寿命等。
目前常用的半导体光电检测器有两种：pin光电二极管和APD雪崩光电二极管。
光电二极管实际上类似于一个加了反向偏压的pn结。它在发向偏压的作用下形成一个较厚的耗尽区。当光照射到光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区 (高场区) 及耗尽区附近产生受激跃迁现象，从而产生电子空穴对。电子空穴对在外部电场作用下定向移动产生电流。
光电二极管的物理原理
只有少数载流子在电场作用下漂移
多数载流子的
扩散行为被反
向电场抑制
由于常态下少数载流子含量很少，因此漂移行为非常微弱
pin光电二极管的结构
pin 光电二极管是在掺杂浓度很高的p型、n型半导体之间加一层轻掺杂的n型材料，称为i (本征)层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，加反向偏置电压后形成一个很宽的耗尽层。
耗尽区
pin光电二极管的工作原理
+
-
1. 能量大于或等于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上，可以产生自由电子空穴对 (光生载流子)。
2. 耗尽区的高电
场使得电子空穴
对立即分开并在
反向偏置的结区
中向两端流动，
然后它们在边界
处被吸收，从而
在外电路中形成
光电流。
当电载流子在材料中流动时，一些电子 - 空穴对会重新复合而消失，此时电子和空穴的平均流动距离分别为Ln和Lp，这个距离即扩散长度，分别由下式决定：
Dn和Dp分别为电子和空穴的扩散系数，tn和tp为电子和空穴重新复合所需的时间，称为载流子寿命。
在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律：
其中as(l)为材料在波长l处的吸收
系数，P0是入射光功率，P(x)是通
过距离x后所吸收的光功率。
电子和空穴的扩散长度
as(l) 增加
P(x)
x
不同材料吸收系数与波长的关系
材料的截止波长lc由其带隙能量Eg决定：
若波长比截止波长更长，则光子能量不足以激励出一个光子。
此图还说明，同一个材料对短波长的吸收很强烈 (as大) 。而且短波长激发的载流子寿命较短，因为粒子的能级越高，越不稳定。
光吸收系数 (cm-1)
光穿透深度 (mm)
光子能量增大方向
特定的材料只能用于
某个截止波长范围内