不同类型的光电二极管技术特点

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。

硅光电二极管

硅绝对不是一种奇特的半导体材料，但它是一种很好的光电二极管。硅光电二极管是许多可见光应用的绝佳选择。

这是硅要记住的主要限制：它主要对可见光的波长敏感。在许多系统中，例如响应环境光级别的调光器，这正是您想要的。如果近红外区域的波长对您的应用很重要，则红外增强型硅光电二极管将使您对近红外区域的波长更加敏感。

Hamamatsu 的硅光电二极管手册中的这张图显示了他们各种硅光电探测器产品的光谱响应。QE 代表量子效率。

硅光电二极管是出色的通用光检测器。它们可靠且广泛可用，它们对照度的电响应是高度线性的，并且它们具有良好的暗电流和带宽性能。事实上，Thorlabs 销售的最低暗电流和最高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，第一个想到的材料是 InSb。它不像硅那么常见，但它已深深烙印在我的工程意识中，因为我参与过的最重要的企业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线敏感，为必须检测热特征而非可见光的应用提供卓越的性能。然而，要充分利用 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，里面装着二极管和液氮。您用 LN2 填充杜瓦瓶，然后您的 InSb 探测器就可以达到最大灵敏度。

铟镓砷 （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，并且在较短的波长下具有一点额外的响应度：InSb 扩展到大约 1 µm，而 InGaAs 范围下降到大约 0.7 µm。

锗在光谱响应方面与 InGaAs 相似，它在室温下工作。InGaAs 可以实现显着更高的信噪比。

碲镉汞 （HgCdTe）

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

与 InSb 探测器一样，HgCdTe 探测器被冷却到低温。这是一个主要的不便之处，许多设备使用非制冷微测辐射热计进行 LWIR 成像；微测辐射热计直接对热能作出反应，而光电二极管则对电磁辐射中的入射光子作出反应。微测辐射热计更便宜、更小、更节能；HgCdTe 产生更高质量的图像。

紫外线探测器

尽管硅主要对可见光波长敏感，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型硅光电二极管。这是测量紫外线的一种方法。

您可能熟悉碳化硅 （SiC）。它是一种日益突出的半导体材料，主要与高功率 MOSFET 相关联，但事实证明，碳化硅二极管非常适合用作紫外线检测器。

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

这是由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 SiC 光电二极管在必须防止可见光或红外光干扰 UV 测量的系统中不需要光学过滤。紫外线增强型硅光电二极管就是这样——增强了紫外线灵敏度。它们保持对可见光的敏感性，实际上它们对可见光的敏感性比对紫外线的敏感性高得多。

入射光功率与产生的光电流之间的数学关系称为响应度。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。如果我们只看光谱的 200-400 nm 部分，碳化硅的响应率与硅的响应率相似。

回顾

硅光电二极管提供方便、高性能的可见光谱照度测量。红外探测的标准材料是锑化铟 （InSb）、砷化铟镓 （InGaAs）、锗 （Ge） 和碲化镉汞 （HgCdTe）。对于 UV 应用，UV 增强硅是一种选择，如果您需要可靠的高温操作或如果您的探测器必须忽略可见光和红外光，则碳化硅是值得考虑的。
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