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第5章 激光干涉测试技术 电子科学与技术 物理与电子工程学院 双创实验—光电检测技术 本节讲授人：翟玉生 联系方式 2013001@zzuli.edu.cn 研究领域：光学测量、光电检测 * * 光学测量 原理 方法 技术 对象 物理效应 结构设计 材料特性 (指标) * * 光电检测方法： 干涉、衍射 准直 偏振 脉冲 定向 波长 偏振方向 能量 * * 形貌尺寸—机器视觉 位移测量 三角法（QD、CCD） 直接（QD、PSD） * * 远紫外 近紫外 可见光 近红外 远红外 极远紫外 0.01 0.1 1 10 0.05 0.5 5 波长/μm 频率/Hz 1015 5×1014 1014 5×1013 5×1015 1016 3×1018 光的波长λ和频率ν的关系为 νλ=c * * 光电效应 一般光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。 光电效应可以分为外光电效应和内光电效应两大类。 光电效应 外光电效应 内光电效应 （光电管，光电倍增管） 光电导效应 光生伏特效应 （光敏电阻） 结光电效应 侧向光电效应 （光电二极管、三极管，光电池） * * 内光电效应——光生伏特效应 在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。 结光电效应 当光线照射半导体接触区域时产生光电动势的现象，称为结光电效应。以PN结为例，光线照射PN结时，若光子能量大于禁带宽度Eg，被激发电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，产生电势。 加偏压的PN结 不加偏压的PN结 * * 侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，其载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散，由于电子和空穴迁移率的不同，导致产生光电动势。 内光电效应——光生伏特效应 * * 1. 光敏二极管 光敏二极管与一般二极管都有一个PN结，并且都是单向导电的非线性元件。为了提高转换效率需要大面积受光，PN结面积比一般二极管大，其封装于透明玻璃外壳中，可直接受到光照。材料上有硅、砷化镓、锑化锢等不同种类，结构上有同质结与异质结之分，最典型的是同质结硅光电二极管。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。 RL 光 P N 光敏二极管接线 P N 光 光敏二极管符号 * * 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小。此时光敏二极管处于载止状态，只有少数载流子在反向偏压作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流即暗电流。 有光照时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作用下， P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区， N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，形成光电流。 光敏二极管的光电流 I 与照度之间呈线性关系，所以适合检测等方面的应用。 * * （1） PIN光电二极管 在P区和N区之间插入一层电阻率很大的I层，从而减小PN结的电容，提高工作频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十MHz。 * * 最大特点：频带宽，可达10GHz。 另一个特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变宽。 不足：I层电阻很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。目前有将PIN管与前置运算放大器集成在同一硅片上并封装于一个管壳内的商品出售。 * * （2） 雪崩光电二极管(APD) 雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。其工作电压很高，约100～200V，接近于反向击穿电压。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。具有很高