光電探測器概述及工作原理

　　光電探測器在光通信系統(tǒng)中實現(xiàn)將光轉(zhuǎn)變成電的作用，這主要是基于半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，所謂的光生伏特效應(yīng)是指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。(光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化的象。即當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時，若這個光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，且光輻射能量又足夠強，光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大是指由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率改變的一種物理現(xiàn)象，光子作用于光電導(dǎo)材料，形成本征吸收或雜質(zhì)吸收，產(chǎn)生附加的光生載流子，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。

　　工作原理

　　光電探測器的基本工作機理包括三個過程：(1)光生載流子在光照下產(chǎn)生;(2)載流子擴散或漂移形成電流;(3)光電流在放大電路中放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號。當(dāng)探測器表面有光照射時，如果材料禁帶寬度小于入射光光子的能量即Eg<hv，則價帶電子可以躍遷到導(dǎo)帶形成光電流。

　　當(dāng)光在半導(dǎo)體中傳輸時，光波的能量隨著傳播會逐漸衰減，其原因是光子在半導(dǎo)體中產(chǎn)生了吸收。半導(dǎo)體對光子的吸收主要的吸收為本征吸收，本征吸收分為直接躍遷和間接躍遷。通過測試半導(dǎo)體的本征吸收光譜除了可以得到半導(dǎo)體的禁帶寬度等信息外，還可以用來分辨直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體。本征吸收導(dǎo)致材料的吸收系數(shù)通常比較高，由于半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)所以半導(dǎo)體具有連續(xù)的吸收譜。從吸收譜可以看出，當(dāng)本征吸收開始時，半導(dǎo)體的吸收譜有一明顯的吸收邊。但是對于硅材料，由于其是間接帶隙材料，與三五族材料相比躍遷幾率較低，因而只有非常小的吸收系數(shù)，同時導(dǎo)致在相同能量的光子照射下在硅材料中的光的吸收深度更大。直接帶隙材料的吸收邊比間接帶隙材料陡峭很多，如圖 畫出了幾種常用半導(dǎo)體材料(如 GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料)的入射光波長和光吸收系數(shù)、滲透深度的關(guān)系。