不同光电二极管技术的特点

在本文中，我们将讨论一些不同类型的光电二极管技术以及用于制造它们的半导体（即硅）的优缺点

这是我们光电二极管系列的第四部分，它将帮助您了解有关光电二极管在光敏电路中的使用及其应用的更多信息。如果您想阅读其余部分，请查看下面的链接。

如果您想了解基础知识，请从篇文章开始，其中讨论了光的物理原理以及如何使用 pn 结来形成二极管。

第二部分重点关注对光敏感的 pn 结。
第三部分涵盖 光电二极管和光伏二极管。
一篇讨论光电二极管等效电路。

硅光电二极管

硅不是一种奇特的半导体材料，但它可以制造出精细的光电二极管。硅光电二极管是许多可见光应用的选择。

这是使用硅时需要记住的主要限制：它主要对可见光的波长敏感。在许多系统中，例如响应环境光水平的调光器，这正是您想要的。红外增强硅光电二极管将使您对近红外区域的波长具有更高的灵敏度（如果这在您的应用中很重要）。

滨松硅光电二极管手册中的该图显示了其各种硅光电探测器产品的光谱响应。QE 代表量子效率。

硅光电二极管是很好的通用光探测器。它们可靠且用途广泛，对照度的电响应高度线性，并且具有良好的暗电流和带宽性能。事实上，Thorlabs 销售的暗电流和速度的光电二极管都是硅器件。

红外探测器

锑化铟 (InSb)

当我想到光电二极管时，我首先想到的材料是InSb。它比硅要少得多，但它已经深深地融入了我的工程意识中，因为我参与过的重要的公司项目之一是围绕一系列 InSb 光电二极管构建的。

InSb 对短波长和中波长红外敏感，为必须检测热信号而不是可见光的应用提供卓越的性能。然而，为了充分利用 InSb，您需要付出一些额外的努力，即将光电二极管冷却到低温。他们制造了一种叫做杜瓦瓶的东西，里面装有二极管并装有液氮。您用液氮填充杜瓦瓶，然后您的 InSb 探测器就可以达到灵敏度。

砷化铟镓 (InGaAs) 和锗 (Ge)

InGaAs被广泛用作快速、高灵敏度的红外探测器材料。与 InSb 不同，它通常在室温下使用，并且在较短波长下具有一点额外的响应度：InSb 范围延伸至约 1 ?m，而 InGaAs 范围下降至约 0.7 ?m。

锗的光谱响应与 InGaAs 相似，并且在室温下工作。InGaAs 可以实现显着更高的信噪比。

碲化汞镉 (HgCdTe)

碲化汞作为长波长红外应用的探测器具有重要作用。InGaAs 和 InSb 的光谱响应分别在 2-3 ?m 和 5-6 ?m 处逐渐减小，而 HgCdTe 则延伸至 16 ?m。长波长红外 (LWIR) 用于被动热检测和成像。

与 InSb 探测器一样，HgCdTe 探测器也被冷却至低温。这是一个很大的不便，许多设备使用非制冷微测辐射热计进行长波红外成像；微测辐射热计直接响应热能，而光电二极管则响应电磁辐射中的入射光子。微测辐射热计更便宜、更小、更节能；HgCdTe 可产生更高质量的图像。

紫外线探测器

尽管硅主要对可见波长敏感，但可以优化硅光电二极管以增强紫外线响应。这些器件称为紫外线增强硅光电二极管。这是测量紫外线的一种方法。

您可能熟悉碳化硅 (SiC)。它是一种日益重要的半导体材料，主要与高功率 MOSFET 相关，但事实证明，SiC 二极管非常适合用作 UV 探测器。

碳化硅光电二极管是坚固耐用的设备，仅对 200 nm 至 400 nm 波段的紫外光敏感。

这是Electro Optical Components制造的碳化硅光电二极管的归一化光谱响应。

这种有限的光谱响应意味着碳化硅光电二极管不需要在必须防止可见光或红外光干扰紫外测量的系统中进行光学滤波。紫外线增强硅光电二极管就是增强了紫外线灵敏度。它们保留了对可见光的敏感性，事实上它们对可见光比对紫外线更敏感。

入射光功率与产生的光电流之间的数学关系称为响应率。与硅的峰值响应度相比，碳化硅的峰值响应度相当低，但硅的峰值响应度与紫外线应用无关，因为它发生在远离紫外线波长的地方。如果我们仅观察光谱的 200-400 nm 部分，SiC 的响应度与硅的响应度相似。