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)短波長和中波長紅外線敏感，為必須檢測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器材料。與 InSb 不同，它通常在室溫下使用，并且在較短的波長下具有一點(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）

碲化鎘汞作為長波長紅外應(yīng)用的檢測器具有重要作用。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。長波長紅外 （LWIR） 用于被動(dòng)熱檢測和成像。

與 InSb 探測器一樣，HgCdTe 探測器被冷卻到低溫。這是一個(gè)主要的不便之處，許多設(shè)備使用非制冷微測輻射熱計(jì)進(jìn)行 LWIR 成像；微測輻射熱計(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。

紫外線探測器

盡管硅主要對(duì)可見光波長敏感，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)停璧姆逯淀憫?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量。紅外探測的標(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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