光电探测器综述(PD)分解

光电探测器综述

摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成

度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集

成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量

子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需

要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了

近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方

向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。

关键词：光电探测器，Si ,CMOS

Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high

performance, low power consumption and low cost of photoelectric

detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has

become a major new challenge. Especially high response speed ，high

quantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,

is not only the needs for development of optical communication technology,

but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the

very high research value.This paper reviews the development of different

characteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses the

photodetector development direction in the next few years,the study of high

performance photoelectric detector, the structure, and related technology,

manufacturing, has very important practical significance.

Key Word: photodetector, Si ,CMOS

一、光电探测器

1.1概念

光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生变化，产生光电导效应。）

1.2分类

根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类[1]：一类是光子探测器；另一类是热探测器。根据形态也可分为两大类：一是真空光电器件；另一类是固体光电器件。固体光电器件又包括光敏电阻、光电池、光电二极管、光电三极管等。

1.3工作原理

光电探测器的基本工作机理包括三个过程：（1）光生载流子在光照下产生；（2）载流子扩散或漂移形成电流；（3）光电流在放大电路中放大并转换为电压信号。当探测器表面有光照射时，如果材料禁带宽度小于入射光光子的能量即Eg

当光在半导体中传输时，光波的能量随着传播会逐渐衰减，其原因是光子

在半导体中产生了吸收。半导体对光子的吸收最主要的吸收为本征吸收，本征吸收分为直接跃迁和间接跃迁。通过测试半导体的本征吸收光谱除了可以得到半导体的禁带宽度等信息外，还可以用来分辨直接带隙半导体和间接带隙半导体。本征吸收导致材料的吸收系数通常比较高，由于半导体的能带结构所以半导体具有连续的吸收谱。从吸收谱可以看出，当本征吸收开始时，半导体的吸收谱有一明显的吸收边。但是对于硅材料，由于其是间接带隙材料，与三五族材料相比跃迁几率较低，因而只有非常小的吸收系数，同时导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。直接带隙材料的吸收边比间接带隙材料陡峭很多，图1-1 画出了几种常用半导体材料（如GaAs、InP、InAs、Si、Ge、GaP 等材料）的入射光波长和光吸收系数、渗透深度的关系[2]。

图 1 -1半导体材料光吸收系数与波长的关系

1.4 光电探测器的性能指标

光电探测器的性能指标主要由量子效率、响应度、响应速度和本征带宽、光

电流，暗电流和噪声等指标组成：

1.量子效率：

%100-?=入射光子数空穴对个数生成的电子η ○1

)1(a

s e ωαη--= ○2 （wa 表示吸收层的厚度，αs 表示光吸收系数，入射波长 λ、材料消光系数 k 决定吸收系数 αs=4πk/λ。）考虑实际情况，入射光在探测器表面会被反射。

同时探测器表面存在一定宽度的接触掺杂区域，其中也会产生光子的消耗，考虑以上两种因素的量子效率的表达式：

)1()1(a

s s w d f e e R ααη---??-= ○3

其中 d 表示接触层厚度，Rf 表示光电探测器表面的反射率。反射率与界面

的折射率 nsc 和吸收层的消光系数 κ 有关，Rf 可以表示成下式：

2

222)1()1(κκ+++-=sc sc f n n R ○4

2.响应度：

定义为光电探测器产生光电流与入射光功率比，单位通常为 A/W 。响应度

与量子效率的大小有关，为量子效率的外在体现。响应度 R ：

r p P I R =

或 r p P V R = ○5

p I 表示光电探测器产生的光电流，Pr 代表入射光功率。则量子效率可变为

下式表示：

hv P q I r p //=

η ○

6 进而可得响应度的公式为：

hv q R ?=η ○7

可知响应度与量子效率成正比，由于硅材料本身为间接带隙，所以材料的量子效率较低，硅基光电探测器的响应度也较小。

3、响应速度与本征带宽

响应速度可以用光生载流子的渡越时间表示，载流子的渡越时间外在的频率响应的表现就是探测器的带宽。光生载流子的渡越时间在光生电流变化中表现为两部分：上升时间和下降时间。通常取上升时间和下降时间中的较大者衡量探测器的响应速度。决定探测器响应速度的因素主要有：

⑴、耗尽区载流子渡越时间：载流子的渡越时间是影响探测器响应速度的最重要因素，当耗尽区电场强度达到最大时， d V 表示载流子的最大漂移速度，W 表示耗尽区宽度，那么载流子的渡越时间为：d V W t = ○8

⑵耗尽区外载流子扩散时间：载流子扩散的速度较慢，同时大多数产生于耗尽区之外的载流子的寿命非常短，复合发生速度快。所以扩散运动只对距离耗尽区范围较近的载流子才能通过扩散运动达到耗尽区中，并在电场中漂移产生光电流。Dc 表示载流子的扩散系数，d 表示扩散距离，则扩散时间如下式：

c d i f f D d t 22

= ○9

⑶光电二极管耗尽区电容：越大，响应速度就越慢。

为了达到最优的探测器的响应速度，需要在探测器的吸收层厚度和光电探测器的面积中折衷。如增大探测器材料的吸收层厚度可以有效减小耗尽区平板电容，同时可增大吸收层厚度可以提高探测器的量子效率。但是吸收层厚度的增加导致耗尽区宽度的变大，是光生载流子渡越时间变长而有可能降低探测器的响应速度。

⑷暗电流和噪声

光电流指在入射光照射下光电探测器所产生的光生电流，暗电流可以定义为没有光入射的情况下探测器存在的漏电流。其大小影响着光接收机的灵敏度大小，是探测器的主要指标之一。暗电流主要包括以下几种：①耗尽区中边界的少子扩散电流；②载流子的产生－复合电流，通过在加工中消除硅材料的晶格缺陷，可以有效减小载流子的产生－复合电流，通常对于高纯度的单晶硅产生－复合电流可以降低到 211/102mm A -?以下；③表面泄漏电流，在制造工艺结束时，

对芯片表面进行钝化处理，可以将表面漏电流降低到211/10mm A -量级。当

然，暗电流也受探测器工作温度和偏置电压的影响。探测器的暗电流与噪声是分

不开的，通常光电探测器的噪声主要分为暗电流噪声、散粒噪声和热噪声：a 暗电流噪声：对于一个光电探测器来讲，可接收的最小光功率是由探测器的暗电流决定的，所以减小探测器的暗电流能提高光接收机的灵敏度；b 散粒噪声：当探测器接收入射光时，散粒噪声就产生于光子的产生-复合过程中。由于光生载流子的数量变化规律服从泊松统计分部，所以光生载流子的产生过程存在散粒噪声；c 热噪声：由于导体中电子的随机运动会产生导体两端电压的波动，因此就会产生热噪声。光电探测器的电路模型中包含的电阻为其热噪声的主要来源。

4、噪声等效功率NEP ：单位信噪比时的入射光功率。

n s V V P N E P /= ○10

5、探测度D ： N E P D 1= ○11

6、线性度:

12max I I -?=δ ○12

1.5 光电探测器的选择与主要应用

1.5.1光电探测器的应用选择

光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，选用某种器件会更合适些。例如，当需要比较大的光敏面积时，可选用真空光电管，因其光谱响应范围比较宽[3]，故真空光电管普遍应用于分光光度计中。当被测辐射信号微弱、要求响应速度较高时，采用光电倍增管最合适，因为其放大倍数可达100以上，这样高的增益可使其信号超过输出和放大线路内的噪声分量[4]，使得对探测器的限制只剩下光阴极电流中的统计变化。因此，在天文学、光谱学、激光测距和闪烁计数等方面，光电倍增管得到广泛应用。

目前，固体光电探测器用途非常广。CdS 光敏电阻因其成本低而在光亮面积

的器件，它除用做探测器件外，还可作太阳能变换器；硅光电二极管体积小、响应快、可靠性高，而且在可见光与近红外波段内有较高的量子效率，困而在各种工业控制中获得应用。硅雪崩管由于增益高、响应快、噪声小，因而在激光测距与光纤通信中普遍采用[4]。

<1>、光电探测器必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上相匹配。如果测量波长是紫外波段，则选用光电倍增管或专门的紫外光电半导体器件；如果信号是可见光，则可选用光电倍增管、光敏电阻和Si 光电器件；如果是红外信号，则选用光敏电阻，近红外选用Si 光电器件或光电倍增管。

<2>、光电探测器的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配。其中首先要注意器件的感光面要和照射光匹配好，因光源必须照到器件的有效位置，如光照位置发生变化，则光电灵敏度将发生变化。如光敏电阻是一个可变电阻，有光照的部分电阻就降低，必须使光线照在两电极间的全部电阻体上，以便有效地利用全部感光面。光电二极管、光电三极管的感光面只是结附近的一个极小的面积，故一般把透镜作为光的入射窗，要把透镜的焦点与感光的灵敏点对准。一股要使入射通量的变化中心处于检测器件光电特性的线性范围内[5]，以确保获得良好的线性输出。对微弱的光信号，器件必须有合适的灵敏度，以确保一定的信噪比和输出足够强的电信号。

1.5.2光电探测器的主要应用

photodetector 利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。

1873年，英国W.史密斯发现硒的光电导效应，但是这种效应长期处于探索研究阶段，未获实际应用。第二次世界大战以后，随着半导体的发展，各种新的光电导材料不断出现。在可见光波段方面，到50年代中期，性能良好的硫化镉、硒化镉光敏电阻和红外波段的硫化铅光电探测器都已投入使用。60年代初，中远红外波段灵敏的Ge、Si掺杂光电导探测器研制成功，典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au（锗掺金）和Ge:Hg光电导探测器。工作原理和特性光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数，v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。因此，本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg (μm) 式中c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。

通常，凡禁带宽度或杂质离化能合适的半导体材料都具有光电效应。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe等;在长于8微米波段有: Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。可见光波段的光电导探测器CdS、CdSe、CdTe 的响应波段都在可见光或近红外区域，通常称为光敏电阻。

器件灵敏度用一定偏压下每流明辐照所产生的光电流的大小来表示。例如一种CdS光敏电阻,当偏压为70伏时，暗电流为10e-6～10e-8安，光照灵敏度为3～10安/流明。CdSe光敏电阻的灵敏度一般比CdS高[6]。光敏电阻另一个重要参数是时间常数τ，它表示器件对光照反应速度的大小。光照突然去除以后，光电流下降到最大值的1/e（约为37%）所需的时间为时间常数τ。也有按光电流下降到最大值的10%计算τ的;各种光敏电阻的时间常数差别很大。CdS的时间常数比较大（ms级）,响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3微米波段的探测器可以在室温工作。

红外探测器有时要探测非常微弱的辐射信号,例如10-14 瓦；输出的电信号也非常小,因此要有专门的前置放大器。

二、光电探测器的发展历程

近年来光电探测器的研究引起人们的重视，在标准CMOS工艺下的Si 光电探测器的发展更是取得了瞩目的结果。经过一年看过的相关文献得出结论：2005年到2015年是CMOS发表的量较大的时期，同时在这一阶段的光电探测器的发展也呈现逐年上升趋势，光电探测器的的应用范围也在逐步的扩大，为我们以后的研究开发奠定了一定的发展空间。在现在这个注重创新与节能的时代，光电探测器的有着不可替代的作用，在工业及军事等各个领域都有着广阔的发展前景。

2000年到2015年间，以CMOS&PHOTODECTOR为关键字的文献共359篇，其中发表的Conference Publications会议文献有242篇，发表在Journal&Magazines的报纸杂志上共有115篇，Early Access Articles早期访问文章有2篇。

2.1硅基光电探测器

本节介绍PIN 光电探测器、N 阱/P 衬底光电探测器、P+/N 阱/P 衬底双光电探测器和空间调制探测器。其中，响应度高响应速度快的PIN 光电探测器虽然是硅基光电探测器，但是由于其中加入了本征层，不能与标准CMOS 工艺兼容。

1、PIN 光电探测器

在光电探测器的P型区域和N型区域之间加入一层本征层就形成了PIN光电探测器，由于本征层的加入耗尽区的宽度大大提高，进而提高了PIN 光电探测器的性能，下面介绍的PIN 光电探测器的PN 结是横向的，所以称为横向PIN光电探测器。横向PIN 光电探测器结构图如图2-1 所示，制作横向PIN 光电探测器的Si衬底是未掺杂的，所以衬底电阻率较高。耗尽区在本征Si 衬底形成，由于本征衬底是未掺杂的，所以PIN 光电探测器具有比较宽的耗尽区，因而具有比较大的量子效率和较高的响应度。然而，在横向结构的PIN 探测器中，电场强度由表面到内部迅速减小，也就是说探测器的表面集中了大部分的电场强度。在低频下，横向PIN 探

测器的响应度是比较高的，但只有在表面处生成的光生载流子才是快速载流子，可以工作在高速率下。而在衬底中产生的载流子因为通过扩散运动到达电极，从而很大程度上削弱了PIN 光电探测器的性能。此外，由于标准CMOS 工艺中的衬底材料通常为P 型的，所以采用本征衬底的横向PIN光电探测器与标准的CMOS 工艺不兼容。

图2-1 横向PIN 光电探测器结构图

2、N 阱/P 衬底光电探测器

N 阱/P 衬底结构的光电探测器是利用N 阱与P 衬底形成的PN 结二极管来形成光生电流信号。在入射光照射下，该光电探测器的光生电流主要由P 衬底扩散电流、N 阱扩散电流和PN 结耗尽区漂移电流所构成。对于波长为850 nm的入射光，硅衬底的吸收深度约为二十微米，这导致P 衬底扩散电流占据了总光生电流的较大比例，由于衬底深处的载流子扩散时间过长，因而P 衬底扩散电流的响应速度比较慢。对于N 阱扩散电流来说，由于在亚微米CMOS 工艺中N 阱的阱深通常不到 1 μm，所以N 阱区域产生的光生载流子在到达耗尽区之前扩散距离端扩散时间少。通常来讲，N 阱扩散电流的本征带宽可达到数百兆赫兹。但与吸收深度相比，N 阱的阱深太浅，产生的光生载流子较少，因而响应度比较低。N 阱扩散电流带宽与漂移电流相比，N 阱扩散电流的本征带宽仍相对较低。下面举例说明通常情况下各种电流的速度，如在0.18 μm 标准CMOS 工艺下，入射光波长为850nm，低掺杂的P 衬底所形成的扩散电流的本征带宽大约3.5 MHz，在高掺杂的P 衬底中形成的扩散电流带宽约为 5 MHz，比低掺杂衬底速度稍快。与衬底扩散电流相比，宽N 阱的扩散电流的本征带宽大约在450 MHz 左右，窄N 阱的扩散电流相对较快，带宽约为900 MHz，但由于N 阱/P 衬底光电探测器的带宽由P 衬底的扩散电流的本征带宽决定，所以该光电探测器整体带宽非常低。

3、叉指型P＋/N 阱/P 衬底双光电探测器

由上一小节的叙述，由于CMOS 工艺中P 衬底中产生的载流子通过扩散运动达到电极，其扩散速度和本征带宽都非常差，因此要想提高光电探测器的本征带宽必须将P 衬底产生的光生载流子消除。为了避免漂移区外衬底产生的扩散光生载流子的对探测器速度的影响，并且在标准CMOS

下不增加工艺的复杂度，文献[7，8]提出了一种叉指型双光电二极管（DPD），其结构如图2-2 所示。

图2-2 叉指型P＋/N 阱/P 衬底双光电探测器在叉指型双光电探测器中，N 阱区域的面积定义为探测器的工作面积，P+保护环包围在N 阱周围。在N 阱中，并排的长条形P+扩散区作为叉指型探测器的阳极，这种拓扑结构有利于形成尽可能多的PN 结耗尽区，从而能够收集更多的光生载流子。在叉指型双光电二极管中，叉指P+区域和N 阱构成一个叉指二极管，称为工作二极管；N 阱区域和P 衬底构成一个二极管，叫做屏蔽二极管。在标准CMOS 工艺中，不需要做任何修改就可以实现该光电探测器。当双光电探测器工作时，N 阱接到接收机接收的电源电压，P+区域和接收机的输入端连接，而P 衬底和接收机的“地”连接。由于屏蔽二极管的两个电极与接收机的电源电压和地连接，所以产生在P 衬底的扩散载流子流进了接收机的电源，没有对光接收机的输入光电流产生贡献。而由P+和N 阱构成的二极管的本身响应速度比较高，它产生的光电流输入光接收机，形成光响应。由于P+区域使用叉指形状，能够增加耗尽区的面积，提高工作二极管的响应度[8]。

4、空间调制光电探测器

由于CMOS 工艺衬底深处的慢载流子的影响，光电探测器的响应速度不能提高，为了提高光电探测器的响应速度，必须抑制或去除衬底深处的慢载流子。在标准CMOS 工艺下，空间调制光电探测器便使用了这种原理从而提高了探测器的工作速度。空间调制光电探测器由一个受光光电探测器和一个非受光光电探测器组成，由于衬底产生的低速载流子被探测器通过光电流之差消除，所以空间调制探测器的工作速度得到了明显的提高[9，10]。其结构如图2-3 所示，空间调制光电探测器的结构能够兼容与商用CMOS 工艺。

图2-3 空间调制探测器结构图

空间调制光电探测器包括一个收集快载流子和慢载流子的受光探测器（immediate detector）和一个只收集慢载流子的非受光探测器（deferreddetector）。非受光探测器通过覆盖金属2（选择金属 2 一直到金属 5 更佳）使入射光屏蔽。当入射光照射到探测器时，被金属覆盖的探测器不能接受光照，只产生扩散光生载流子，即慢载流子。受光探测器吸收光照，同时产生快光生载流子和慢光生载流子，即载流子的分布被空间调制探测器表面的金属调制了。如果我们将受光探测器产生的光电流和非受光探测器产生的光电流相减，那么就能消除扩散成分所导致的影响，去除因扩散成分产生的光电流的托尾而提高了整体的响应速度。但这样相减的前提是载流子的调制实际要远远小于载流子的消失时间，也就是说只有在光照入射的很短的一段时间内载流子分布才是被调制的，其他的时间载流子在这两个区域是分布均匀的。分析表明，衬底掺杂浓度越小，叉指周期长度越小，空间调制光电探测器的带宽越宽。空间调制光电探测器具有两个缺点：一、通过差分相减的方式消除了来自衬底的慢载流子，虽然提高了探测器的速度，但对于N 阱/P 衬底光电二极管来说，也损失了非常大的响应度；二、在空间调制光电探测器中，非受光探测器和受光探测器的面积相等，所以只有一半探测器的面积用来产生快载流子，几乎损失了一半的响应度[11]。

2.2常见的标准CMOS 光电探测器

常见的光电探测器均是基于PN 结来构造的，其原理是利用N型半导体区域和P 型半导体区域形成的PN 结耗尽区（即光电二极管）来进行光信号探测。

1、N+/PWELL 光电探测器

常见的标准CMOS光电探测器如图2-4所示的N+/PWELL 光电探测器，其

原理是减小P-SUB 区慢扩散光生载流子的影响，利用N＋和PWELL 形成的PN 结耗尽区来形成具有较高本征带宽的光生电流信号，但由于是制作在P-SUB 上，而PWELL 与P-SUB 都是P 型半导体区域，这将导致N＋/PWELL 光电探测器不能实现与P-SUB 有效隔离，即P-SUB 区的慢光生载流子仍能以一定的几率扩散至N＋与PWELL 形成的PN 结耗尽区并形成光生电流，因而本征带宽不是很高。

图2-4 N+/PWELL 光电探测器

2、P＋/NWELL/P-SUB CMOS双光电探测器

N+/PWELL 光电探测器结构改进为如图2-5所示的P＋/NWELL/P-SUB 双光电探测器结构。在结构中构造出两个二极管，其中的工作二极管由P＋和NWELL 形成，屏蔽二极管则由NWELL 和P-SUB 形成。当该双光电探测器处于工作状态时，P＋区的引出电极为输出端，NWELL 的引出电极连接电源（VDD），P-SUB 的引出电极则连接至地（GND）。此时两个二极管均处于反偏状态。由于电源和地均等效为交流地，故在交流状态下NWELL/P-SUB 屏蔽二极管完全被短路至交流地。由于P-SUB 区光生载流子完全被屏蔽二极管所吸收，不能扩散到工作二极管区域，因而P-SUB区光生载流子形成的扩散电流完全被短路至交流地，从而彻底消除了P-SUB 区慢扩散载流子对光电探测器响应速度的限制。此外，该双光电探测器还利用插指型P+区使工作二极管的PN 结耗尽区最大化，从而可迅速地收集工作二极管区域内的光生载流子，使光电探测器的响应度和本征带宽得到了进一步提高。

图2-5 P＋/NWELL/P-SUB CMOS双光电探测器

3、差分光电探测器

基于 P+/NWELL 型 PN 结的全差分光电探测器，其结构图见2-6。该全

差分光电探测器由两个形状和尺寸完全相同且对称的方形 P+/NWELL/P-SUB 双光电二极管组成，且每个双光电二极管的受光区域面积为总受光区域面积的一半。由P ＋/NWELL/P-SUB CMOS 双光电探测器的工作原理可得该结构的优点是避免慢光生载流子大大降低光电探测器的本征带宽和光信号探测速度。提高了响应度。但不足之处是设计较为简单，不能达到较好的全差分特性。

图2-6基于

P+/NWELL 型 PN 结的全差分光电探测器

2.3谐振腔增强型光电探测器

（1）、PIN RCE 光电探测器

该类型的探测器能够成为高速光电探测的首要选择的器件[12]，主要基于其

噪声小、暗电流特性好。工作波长在 1.55μm 左右，由Dentai 等人报道了的InGaAs / InGaAs / InP 结构的RCE PIN 光电探测器[13]。器件如图 2-7 所示，入射光垂直进入器件，上下反射镜都是由Brag 反射镜构成，合理的优化设计反射镜的堆栈结构，调整顶部反射镜、底部反射镜的反射率，以及谐振腔腔体的尺寸厚度，使得器件的量子效率达到最大值。、Rt 表示顶部反射镜的反射率，Rb 表示底部反射镜的反射率，当Rt=0.7，Rb=0.95，吸收层的厚度为200nm 时，器件的最大量子效率为82%。

图2-7 谐振腔增强型PIN 光电探测器的结构图

（2）、RCE肖特基(Schottky)光电探测器

RCE Schottky光电探测器是首批被报道的RCE 器件之一[14]。光从顶层入射时金属层的透光较差，所以顶层应换成半透明层Schottky接触。近年来谐振腔增强结构的光电探测器是光电子器件的主要新种类，它很好的解决了普通光电二极管量子效率和带宽间相互约束的关系，所以RCE光电探测器对肖特基型光电检测器具有很大的影响力。

现已报道光电二极管的3dB响应带宽可做到l00GHz[37]，其采用的谐振腔结构。采用分子束外延法MBE（molecular beam epitaxy）来生长反射镜结构，顶层反射镜为Au接触层，在Au接触层上再淀积一层Si3N4增透膜来增加透光，底层反射镜是由AlAs-GaAs材料组成DBR反射镜结构。并通过合理的优化设计InGaAs吸收层在谐振腔腔体中的位置，使得光生载流子的输运时间最短，从而提高探测器的响应速率。

（3）、金属/半导体/金属(MSM)结构的RCE光探测器

MSM结构基于其平面配置结构电极，本身电容较小，极易获得高的响应带宽（20~50GHz）[15,16]，谐振微腔的引入，进一步缩小了器件的响应光谱宽（<1nm）。虽然响应带宽较高，但量子效率仍然不高。若入射光光照是mw级的照射，其生成的响应电流仅有nA级别。

（4）、RCE雪崩光电二极管(APD)

RCE雪崩光电二极管的结构也得到很大的关注和研究，并有相应的成果展示[18,19]。电子在跃迁的过程中得到足够多的能量，同时在电场的作用力下加速，形成碰撞电离，形成的电子-空穴对在电场的作用下加速，进而产生更多的电子-空穴对，这就是二极管的雪崩倍增效应，使得光电二极管在低压下即可获得较大增益，增益区电场强度得到了增强，器件可在小功率下工作。

现在，已报道的实际测得的RCE光电探测器最好的性能指标为：量子效率73%，光谱响应半峰宽为1.7nm，接近理论上的极值，很难在保持量子效率很高的同时获得窄的谱线宽。另外，由于驻波效应的影响，吸收层的位置也会对量子效率造成影响[20]。当吸收层非常薄时（<200nm），可采用改变谐振腔的腔长或者材料来进行调谐时，吸收层位置的微小移动将会影响吸收层中的光电场分布在最值的之间波动，影响器件的量子效率。

（5）SOI基CMOS RCE光电探测器

普通的RCE光电探测器利用VCSEL激光器提供光源，其入射光方式都是垂直入射，在衬底上依次生长底层DBR层、吸收层、顶层DBR。为了结构的简单，有些顶层DBR直接利用空气与半导体界面的反射，其反射率约为34%。

图2-8 基于SOI CMOS工艺的RCE光电探测器的基本结构

图2-9 SOI基CMOS RCE光电探测器的结构

SOI 基CMOS RCE光探测器的DBR顶镜反射镜采用Si-SiO2组成，底部反射镜由材料本身的埋氧化层厚度决定，PN结的耗尽区作为器件的吸收层，来设计850nm通信波段的RCE光探测器，器件结构如图2-8、2-9所示。入射光透过顶部反射镜进入谐振腔，在上下反射镜构成的谐振腔作用下光在其中来回的行进，若腔体设计合理，可使得光波得到谐振增强，耗尽层中吸收的光能量转化为电信号输出。

三、光电探测器的现状评述及未来预测

目前，随着光纤通信、红外遥感和军事应用需求的不断增长促进了半导体光电器件及其光电路的发展。围绕着光电系统开展各种关键技术研究，以实现具有

高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器。光电探测器作为光纤通信中解复用接受技术的关键器件之一，未来应该具有一些鲜明的特点：信道中心波长位置可以调谐、高速、单片集成，相应的其他一些特点也应该具有：信道波长的分辨能力强、调谐时间短、温度稳定性高、结构密集，成本低等。响应度与量子效率之间相互约束的问题不仅在RCE光电探测器这种结构的器件上得以解决，同时还使其具有量子效率高、响应度高以及波长选择等特性，成就了谐振腔型光电探测器的在WDM系统中的解复用接受应用的理想选择。不过，还有部分需要改进，如可调谐、较好的通带性能、易于集成等。所以，还是需要进一步的研究RCE光电探测器的性能，以期这些特性的实现。

四、参考文献

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基于三相体异质结有机光电倍增型探测器的研究

基于三相体异质结有机光电倍增型探测器的研究光电倍增(photoelectronic multiplication,PM)对于检测弱光信号至关重要,在图像传感、视频监控、红外探测等应用中得到了广泛的发展。目前将光电倍增结构应用于有机光电探测器(organic photodetectors,OPDs)已经成为进一步提高器件性能的新策略,但仍存在工作电压过高、制备工艺较复杂、材料选择受限等问题。 本文为解决以上问题,提出一种基于体异质结(bulk heteroj unction,BHJ)掺杂C60的倍增型OPDs,具体工作内容如下:(1)制备了三种体异质结掺杂小比例C60的倍增型器件,其中活性层分别为P3HT:PC61BM:C60、PBDT-TT-F:PC61BM:C60和P3HT:PBDT-TT-F:PC61BM:C60。较系统地研究了器件发生光电倍增的工作原理。 结果表明,这些分散在活性层中的小比例C60可看作电子陷阱,具有俘获光 生电子的能力。光照下活性层/阴极Al界面处载流子的积累将引起P3HT(或PBDT-TT-F)能带的弯曲,进而在反偏压下诱导空穴隧穿注入。 由于体异质结激子解离率高,从而使得器件在低电压下发生光电倍增成为可能。对于P3HT:PC61BM:0.2 mg C60器件,-1 V偏压和波长为460 nm、光功率为0.21 mW·cm-2光照下外量子效率(external quantum efficiency,EQE)达到327.5%。 而PBDT-TT-F:PC61BM:0.2 mg C60器件仅表现出139%的EQE,从而表明了HOMO和LUMO能级更高的给体材料有利于提高光电倍增效率。最后通过光谱互补策略,在P3HT:PC61BM:0.2 mg C60活性层中加入2 mg PBDT-TT-F,实现了器件对红绿蓝三基色的全吸收,不仅保持了对蓝绿光较好的响应(EQE分别为326.3%、153.9%),还显著增强了红光响应(EQE从42.4%提高到71.0%)。

光电探测器

光电子技术论文报告 题 光电探测器 目 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导教师： 完成日期：

本文主要对光电探测器进行探究，重点介绍光电二极管和光电倍增管，光电二极管中主要介绍PIN光电二极管和雪崩光电二极管。对相应的光电探测器的结构、原理、特性参数及应用范围等展开探讨，以进一步了解光电探测器。 关键词：PIN光电二极管雪崩光电二极管光电倍增管

第一章引言 (1) 第二章光电二极管 (2) 2.1 PIN光电二极管 (2) 2.1.1工作原理 (2) 2.1.2结构 (2) 2.1.3影响因素 (3) 2.2 雪崩光电二极管 (3) 2.2.1工作原理 (3) 2.2.2 影响响应速度的因素 (4) 2.2.3 优点 (4) 第三章光电倍增管 (5) 3.1结构 (5) 3.2使用特性 (5) 第四章结论与讨论 (9) 第五章参考文献 (10)

第一章引言 光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。

第二章光电二极管 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.1 PIN光电二极管 PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的 PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 2.1.1工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N 型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 2.1.2结构 在P型半导体和N型半导体之间夹着一层本征半导体。因为本征层相对于P 区和N区是高阻区这样，PN结的内电场就基本上全集中于I 层中。如图所示：

中远红外探测器发展动态

中远红外探测器发展动态 1 红外光电探测器的的历史 红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用按照探测过程的物理机理，红外探测器可分为两类即热探测器和光电探测器。光电探测器的工作原理是目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、响应速度快的优点，光电探测器在预警、精确制导、火控和侦察等红外探测系统中得到广泛应用。 红外焦平面阵列可探测目标的红外辐射，通过光电转换、电信号处理等手段，可将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，是集光、机、电等尖端技术于一体的红外光电探测器H。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。红外光电探测器研究从第一代开始至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代。第一代(1970s～1980s)主要是以单元、多元器件进行光机串／并扫描成像，以及以4×288为代表的时间延迟积分(TDI，time delay integration)类扫描型(scanning)红外焦平面列阵。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构，且灵敏度低。第二代红外光电探测器是小、中规格的凝视型(staring)红外焦平面列阵。M×N凝视型红外焦平面探测元数从1元、N元变成M×N元，灵敏度也分别从l与N1/2增长M×N1/2倍和M1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。 目前，正在发展第三代红外光电探测器。探测器具有大面阵、小型化、低成本、双色(two-color)与多色(multi-color)、智能型系统级灵巧芯片等特点，并集成有高性能数字信号处理功能，可实现单片多波段融合高分辨率探测与识别。因此，本文将重点综述三代红外光电探测器的材料体系及其研究现状，并分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。 2 三代探测器的材料体系与发展现状 红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列阵器件的材料则很少。目前，主要有传统的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。作为

光电探测器原理

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴，而高能态产生一个 自由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多

探测器暗电流综述报告

暗电流形成及其稳定性分析 综述报告 目录 光电探测器基本原理 (2) 1.1 PIN光探测器的工作原理 (2) 1.2雪崩光电二极管工作原理 (3) 暗电流的形成及其影响因素 (4) 2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4) 2.1.2复合电流特性 (5) 2.1.3表面复合电流特性 (5) 2.1.4欧姆电流特性 (5) 2.1.5隧道电流特性 (6) 2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8) 2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10) 2.4温度特性对暗电流影响 (11) 暗电流稳定性分析小结 (12) 参考文献 (13)

光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。。本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。 光电探测器基本原理 光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。 1.1 PIN光探测器的工作原理 在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。 PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应 的入射光子并不直接将光电子从光电材料内 部轰击出来，而只是将光电材料内部的光电 子从低能态激发到高能态。于是在低能态留 下一个空位——空穴，而高能态产生一个自 由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多

异质结发展现状和原理

异质结发展现状及原理 pn结是组成集成电路的主要细胞。50年代pn结晶体管的发明和其后的发展奠定了这一划时代的技术革命的基础。pn结是在一块半导体单晶中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的(例如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结”。如果把两种不同的半导体材料做成一块单晶，就称之为“异质结“。结两边的导电类型由掺杂来控制，掺杂类型相同的为“同型异质结”。掺杂类型不同的称为“异型异质结”。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们研究较多的是突变型异质结。 1 异质结器件的发展过程 pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。 1947年12月,肖克莱、巴丁和布拉顿三人发明点接触晶体管。1956年三人因为发明晶体管对科学所做的杰出贡献,共同获得了科学技术界的最高荣誉——诺贝尔物理学奖。 1949年肖克莱提出pn结理论,以此研究pn结的物理性质和晶体管的放大作用,这就是著名的晶体管放大效应。由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950年才试制出第一个pn结型晶体管。这种晶体管成功地克服了点接触型晶体管不稳定、噪声大、信号放大倍数小的缺点。 1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结,比同质结具有更高的注入效率。 1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。

1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了双异质结激光器。 1968年美国的贝尔实验室和RCA公司以及苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs—AlxGal—。As双异质结激光器l；人5)．他们选择了晶格失配很小的多元合金区溶体做异质结对． 在70年代里，异质结的生长工艺技术取得了十分巨大的进展．液相夕随(LPE)、气相外延(VPE)、金属有机化学气相沉积(MO—CVD)和分子束外延(MBE)等先进的材料生长方法相继出现，因而使异质结的生长日趋完善。分子束外延不仅能生长出很完整的异质结界面，而且对异质结的组分、掺杂、各层厚度都能在原子量级的范围内精确控制。 2 异质结的结构、原理、 异型异质结 两块导电类型不同相同的半导体材料组成异质结称为异型异质结，有pN和Pn 两种情况，在这里只分析pN异质结。两种材料没有接触时各自的能带如图所示。接触以后由于费米能级不同而产生电荷转移，直到将费米能级拉平。这样就形成了势垒，但由于能带在界面上断续，势垒上将出现一个尖峰．如图3．2m。我们称这一模型为Anderson模型。

雪崩光电探测器

雪崩光电探测器 雪崩光电探测器光电探测器是将光信号转变为电信号的器件，雪崩光电探测器采用的即是雪崩光电二极管(APD) ，能够具有更大的响应度。APD将主要应用于长距离或接收光功率受到其它限制而较小的光纤通信系统。目前很多光器件专家对APD 的前景十分看好，认为APD 的研究对于增强相关领域的国际竞争力，是十分必要的。雪崩光电探测器的材料1)Si Si 材料技术是一种成熟技术，广泛应用于微电子领域，但并不适合制备目前光通信领域普遍接受的 1.31mm,1.55mm 波长范围的器件。 2)Ge Ge APD 虽然光谱响应适合光纤传输低损耗、低色散的要求，但在制备工艺中存在很大的困难。而且，Ge的电子和空穴的 离化率比率( )接近1，因此很难制备出高性能的APD 器件。 3)In0.53Ga0.47As/InP 选择In0.53Ga0.47As 作为APD 的光吸收层，InP 作为倍增层，是一种比较有效的方法[2] 。In0.53Ga0.47As 材料的吸收峰值在 1.65mm, 在 1.31mm,1.55mm 波长有约为104cm-1 高吸收系数，是目前光探测器吸收层首选材料。In0.53Ga0.47As 光电二极管比起Ge 光电二极管，有如下优点：（1） In0.53Ga0.47As 是直接带隙半导体，吸收系数高；（2） In0.53Ga0.47As 介电常数比Ge 小，要得到与Ge 光电二极管相

同的量子效率和电容，可以减少In0.53Ga0.47As 耗尽层的厚度，因此可以预期In0.53Ga0.47As/InP 光二极管具有高的效应和响应；（3）电子和空穴的离化率比率（）不是1，也就是说In0.53Ga0.47As/InP APD 噪声较低；（4） In0.53Ga0.47As 与InP 晶格完全匹配，用MOCVD 方法在InP 衬底上可以生长出高质量的In0.53Ga0.47As 外延层，可以显着的降低通过p-n 结的暗电流。（5）In0.53Ga0.47As/InP 异质结构外延技术，很容易在吸收区生长较高带隙的窗口层，由此可以消除表面复合对量子效率的影响。 4）InGaAsP/InP 选择InGaAsP 作为光吸收层，InP 作为倍增层,可以制备响应波长在1-1.4mm ，高量子效率，低暗电流，高雪崩增益得的APD 。通过选择不同的合金组分，满足对特定波长的最佳性能。 ）InGaAs/InAlAs ln0.52AI0.48As 材料带隙宽（1.47 eV）,在 1.55 mm 波长范围不吸收，有证据显示，薄In0.52Al0.48As 外延层在纯电子注入的条件下，作为倍增层材料，可以获得比lnP 更好的增益特性。 6）InGaAs/InGaAs（P）/InAlAs 和InGaAs/In（Al ）GaAs/InAlAs 材料的碰撞离化率是影响APD 性能的重要因素。研究表明[6] ，可以通过引入InGaAs（P）/InAlAs 和In（Al ）GaAs/InAlAs 超晶格结构提高倍增层的碰撞离化率。应用超晶格结构这一能带工程可以人为控制导带和价带值间的非对称性带边不连续性，并保证

光电探测器的几种类型

光电探测器的几种类型 红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子电子或空穴、，引起电学性能变化。因为载流子不逸出体外，所以称内光电效应。量子光电效应灵敏度高，响应速度比热探测器快得多，是选择性探测器。为了达到性能，一般都需要在低温下工作。光电探测器可分为： 1、光导型： 又称光敏电阻。入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。截止波长由杂质电离能决定。量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。 2、光伏型： 主要是p－n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。外电路就有电压或电流信号。与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。 3、光发射－Schottky势垒探测器： 金属和半导体接触，典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层为PtSi吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024×1024甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效率低的缺陷。有严格的低温要求。用这类探测器，国内外已生产出具有像质良好的热像仪。PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPA。 4、量子阱探测器QWIP： 将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。90年代以来发展很快，已有512×512、640×480规模的QWIPGaAs/AlGaAs焦平面制成相应的热像仪诞生。因为入射辐射中只

光电探测器

光电子技术论文报告 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导教 师： 完成日 期

本文主要对光电探测器进行探究，重点介绍光电二极管和光电倍增管，光电二极管中主要介绍PIN 光电二极管和雪崩光电二极管。对相应的光电探测器的结构、原理、特性参数及应用范围等展开探讨，以进一步了解光电探测器。 关键词：PIN 光电二极管雪崩光电二极管光电倍增管

第一章引言 (1) 第二章光电二极管 (2) 2.1P IN 光电二极管 . (2) 2.1.1工作原理 (2) 2.1.2结构 (2) 2.1.3影响因素 (3) 2.2雪崩光电二极管 (3) 2.2.1工作原理 (3) 2.2.2影响响应速度的因素 (4) 2.2.3优点 (4) 第三章光电倍增管 (5) 3.1结构 (5) 3.2使用特性 (5) 第四章结论与讨论 (9) 第五章参考文献 (10)

第一章引言光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。

第二章光电二极管 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN 结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.1P IN 光电二极管 PIN型光电二极管也称PIN 结二极管、PIN 二极管，在两种半导体之间的PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点 2.1.1工作原理 在上述的光电二极管的PN 结中间掺入一层浓度很低的N 型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征( Intrinsic)半导体，故称I 层，因此这种结构成为PIN 光电二极管。I 层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I 层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I 层两侧是掺杂浓度很高的P 型和N 型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 2.1.2结构 在P 型半导体和N 型半导体之间夹着一层本征半导体。因为本征层相对于P 区和N 区是高阻区这样，PN 结的内电场就基本上全集中于I 层中。如 图所示：

光电探测器 入门详细解析

光电探测器 摘要 本文研究了近期崛起的高科技新秀：光电探测器。本文从光电探测器的分类、原理、主要参数、典型产品与应用、前景市场等方面简单介绍了光电探测器，使大家对光电探测器有一个初步的理解。了解光电探测材料的原理不仅有利于选择正确适宜的光电探测材料，而且对研发新的光电探测器有所帮助 一、简单介绍引入 光电探测器是指一类当有辐射照射在表面时，性质会发生各种变化的材料。光电探测器能把辐射信号转换为电信号。辐射信号所携带的信息有：光强分布、温度分布、光谱能量分布、辐射通量等，其进过电子线路处理后可供分析、记录、储存和显示，从而进行探测。 光电探测器的发展历史： 1826年，热电偶探测器→1880，金属薄膜测辐射计→1946，热敏电阻→20世纪50年代，热释电探测器→20世纪60年代，三元合金光探测器→20世纪70年代，光子牵引探测器→20世纪80年代，量子阱探测器→近年来，阵列光电探测器、电荷耦合器件（CCD） 这个被誉为“现代火眼金睛”的光电探测材料无论在经济、生活还是军事方面，都有着不可或缺的作用。 二、光电探测材料的分类。 由于器件对辐射响应的方式不一样，以此可将光电探测器分为两大类，分别是光 1

子探测器和热探测器。 ○1光子探测器：光子，是光的最小能量量子。单光子探测技术，是近些年刚刚起步的一种新式光电探测技术，其原理是利用新式光电效应，可对入射的单个光子进行计数，以实现对极微弱目标信号的探测。光子计数也就是光电子计数，是微弱光（低于10－14W）信号探测中的一种新技术。 ○2利用光热效应制作的元件叫做热探测器，同时也叫热电探测器。（光热效应指的是当材料受光照射后，光子能量会同晶格相互作用，振动变得剧烈，温度逐渐升高，由于温度的变化，而逐渐造成物质的电学特性变化）。 若将光电探测器按其他种类分类，则 按应用分类：金属探测器，非成像探测器（多为四成像探测器），成像探测器（摄像管等）。 按波段分类：红外光探测器（硫化铅光电探测器），可见光探测器（硫化镉、硒化镉光敏电阻），紫外光探测器。 2

异质结在光电子器件中的应用

异质结在光电子器件中的应用 在实际的光电子器件中，往往包含一个或多个异质结。这是因为异质结是由具有不同的电学性质和光学性质的半导体组成的，还可以通过适当的晶体生长技术控制异质结势垒的性状，因此异质结在扩大光电子器件的使用范围，提高光电子器件性能，控制某些特殊用途的器件等方面起到了突出的作用。在光纤通信、光信息处理等方面的具体应用如下： 1异质结光电二极管 光电二极管是利用光生伏打效应工作的器件，工作时要加上反向偏压，光照使结的空间电荷区和扩散区内产生大量的非平和载流子，这些非平衡载流子被内建电场和反向偏压电场漂移，就会形成很大的光电流。其工作特性曲线如下图所示： 图2.1 光电二极管的工作特性曲线 光电二极管往往作为光电探测器使用，此时希望它有宽的光谱响应范围和高的光电转化率。在包含有异质结的光电二极管中，宽带隙半导体成为窄带隙半导体的入射窗口，利用此窗口效应，可以使光电二极管的光谱响应范围加宽。图2.2（a）画的是由宽带隙E g1和窄带隙E g2两种半导体组成的异质结，在入射光子能量满足E g1>hv> E g2的条件下，入射光就能透过半导体1而被半导体2吸收。显然，透过谱与吸收谱的曲线重叠部分是该光电探测器的工作波段范围。图2.2（b）是同质结光电探测器响应的情况，

显然同质结的工作波段范围是很窄的。 光子能量/ev 12 E =E 入射光光子能量/ev 12E >E 入射光 （a ）（b ） 图2.2 异质结光带二极管和同质结光电二极管的光谱特性 2异质结光电晶体管 图2.3分别是InP/InGaAs 异质结光电晶体管的典型结构图和能带图。发射区由宽禁带的n 型InP 材料做成，基区和收集区由窄禁带的InGaAs 材料做成。光电晶体管工作时一般采用基区浮置的方式，以减少引线分布电容。在集电极和发射极之间加电压，使发射极对基区正向偏置，而集电极对基区反向偏置。入射光子流照在宽带发射区上，当光的波长合适时发射区基本是透明的，光在窄带区中靠近宽带一侧被吸收而产生电子-空穴对。电子被发射结的自建电场所吸引从基区向发射区漂移，而空穴将流向基区。如果光在宽带区中也部分吸收的话，电子和空穴的流动方向也是这样的。因为基区是浮置的，电子和空穴这样的流动将促使发射极的电位更负，而基区的电位更正。这相当于发射结的p-n 正向偏置更加强。也就是说，光的吸收和光生载流子的流动等效于在光电晶体管的发射结上加了一个正向的信号。从而是发射区向基区注入更多的电子。这些电子以扩散的方式通过基区到达基区和集电区的边界，被方向偏置的集电极收集成为集电极电流，从而完成放大的目的。所以，光电晶体管不但能用于检测光信号，还能将光信号转换成的电信号放大。

光电探测器综述(PD)分解

光电探测器综述 摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成 度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集 成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量子 效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要， 也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了近十 年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对 其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。 关键词：光电探测器，Si ,CMOS Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high performance, low power consumption and low cost of photoelectric detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has become a major new challenge. Especially high response speed ，high quantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector, is not only the needs for development of optical communication technology, but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the very high research value.This paper reviews the development of different characteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses the photodetector development direction in the next few years,the study of high performance photoelectric detector, the structure, and related technology, manufacturing, has very important practical significance. : Key Word: photodetector, Si ,CMOS 一、光电探测器 概念 光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光子作用于光电导材

现代精密测量仪器中的光电探测器

现代精密测量仪器中的光电探测器 河北大学电子与信息工程系 宋登元 华北电力大学电子学实验室 孙同文 【摘要】　光电探测器是许多精密分析和测量仪器的“心脏”,在研制和应用方面已经取得了很大的进展。文章介绍了光电探测器的种类及覆盖的光谱区域,光电倍增管(PM T)和半导体光电探测器的基本特性,论述了它们在医学诊断、环境监测和分析仪器中的应用以及今后的发展方向。 【关键词】　光电探测器　医学诊断　环境监测　液相色谱 一、引言 在现代众多的精密分析、测量和诊断仪器中,最关键的部件是它的信号检测元件—光电探测器。人们称光电探测器是这类仪器的“心脏”。现代光电探测器的研究开发工作已经取得了重大进展,各类光电探测器不断问世,探测光谱覆盖了从Χ射线到远红外的宽阔范围,其灵敏度和可靠性满足各种精密分析检测仪器的需要。并广泛地用于医学、物理、化学、生物学和环境保护等各个领域。 目前高灵敏度的光电探测器是利用光电效应的原理制成的,主要分为真空管和固体光电探测器两大类。真空管中的光电倍增管(PM T)是依靠入射光子打在阴极材料上使其内部电子被轰击出来形成光电流来工作的,这种效应称为外光电效应。作为固体光电探测器典型代表的半导体光电探测器是利用内光电效应工作的。在这种器件中,入射光子并不直接把光电子从半导体材料中轰击出来,而是在材料内部产生电子空穴对,使器件的输出电流发生变化。由于不同光电探测器的工作原理和所用材料物理性质的差异,因而产生不同的光谱测量区域。详见附图 。附图　光电探测器材料和覆盖的频谱范围 综　述

二、光电探测器的原理和特性 光电探测器是一种能对光信号进行放大,最终转换为电信号的器件,它的工作过程随光作用的介质及信号放大方式的不同有着很大差异。目前广泛使用的光电探测器有光电倍增管(PM T)和半导体光电探测器。 11光电倍增管 光电倍增管(PM T)是一种电真空器件,已有50多年的发展历史。由于新技术不断用于PM T的制备,使它至今仍是一类非常重要的光电探测器被广泛地使用。 PM T的突出优点是高效益、高灵敏度、低噪声及大的有源区面积。PM T的倍增因子可达103～107倍,能测量很微弱的光信号,甚至是单光子信号也能被测量到。同时它能对光信号进行几乎无噪声的放大。随着新制备工艺的采用,一些被人们认为PM T不如半导体光电探测器的缺点正在被改进。主要表现为PM T的平均无故障时间(M TB F)已达10000～100000h r,电源电压要求已降至±15V DC,功耗只有十几毫瓦。最小的PM T的体积已与半导体探测器类似,能容易地与仪器集成在一起。 21半导体光电探测器 目前使用的半导体光电探测器是光电二极管,它包括平面型、P I N型、肖特基型和雪崩型。前3种没有内部增益或放大作用,因此需要外部放大器,而雪崩光电二极管有高的内部增益,可达100～1000。无论何种形式的半导体光电二极管,其核心都是由P型和N 型半导体构成的P-N结。 半导体光电探测器是一种体积小、重量轻、工作电压低、寿命长和响应速度快的固体光传感器。此外,它的价格相对便宜,抗外部电磁干扰和抗强光损伤的性能也都比PM T 好。由于可用不同的半导体材料(Si,GaA s, Ge,PbS,InA s等)制备,因此它们有从可见光到红外光宽的频谱响应范围,但半导体光电探测器在高增益、低噪声和大有源区域面积方面还不如PM T。 三、光电探测器的应用 光电探测器作为一类光传感器应用十分广泛。下面介绍一下它们在医疗诊断、环境监测及分析仪器中的应用。 11医学诊断 近几年发展起来的医学诊断精密仪器大多采用了高灵敏度的光电探测器作为信号接收转换器。特别是计算机断层扫描成像技术,如?射线断层照相(CT)、正电子发射断层照相(PET)。其原理是由闪烁体(碘化钠N a I 或锗酸钕B GO晶体)和光电探测器构成的仪器探头接收到Χ射线或?射线的辐射后先进入闪烁体,使闪烁体受激发产生荧光。一个?或Χ射线光子能产生几百个2-3eV能量的可见光子。用光导或反射物把这些可见光子收集到光电探测器窗口上,从而产生脉冲信号,送到后级处理系统变为图像显示。 CT是一种常用的三维图像影像学诊断技术,通常探头中使用的都是PM T作为传感器。随着硅光电探测器的发展,探头中使用了硅光电探测器。虽然这时需要的?射线的强度要稍高于PM T要求的强度,但降低了成本。 PET能够动态地显示人体各部位的生理活动功能,称为目前世界上最先进的医学成像仪器,已从实验开始进入临床诊断。与CT不同的是,这种设备的辐射源不是来自外部,而是来自患者体内。首先用能发射正电子的核素制成标记化合物,注入或吸入患者体内。标记物发射的正电子能在很短的距离内与负电子相撞,发生正、负电子对的湮没,产生一个对能量为511KeV的Χ光子。体外PET探头的闪烁体将测到的Χ射线变为可见光谱送给PM T。在PET中,常用PM T为传感器,因为PM T有比其它探测器高的灵敏度,这样可以降低注入到患者体内标记物的数量。 　综　述

范德华异质结紫外光电探测器的设计与性能研究

范德华异质结紫外光电探测器的设计与性能研究自石墨烯被发现以来,具有原子层级厚度,层间范德华力堆叠和表面无化学悬挂键等特性的二维层状纳米材料展现出一系列优异的光电性质,从而受到研究人员的高度重视,并被广泛应用于各类电子和光电子器件中。在范德华力结合的层状材料中,结构和电子多样性的出现为基础科学研究和应用器件设计开辟了新的途径,为探索新奇的物理现象和内在机制提供了一个理想的研究平台。 在种类繁多的二维材料体系中,二维过渡金属硫属化物（TMDs）由于其良好的化学稳定性、高载流子迁移率和层数依赖的可调带隙,成为制备光电子器件的理想材料。其中,二硫化钼（MoS₂）是目前TMDs中研究最为广泛的二维材料,当其层数由块体减少至单层时,MoS₂由1.2 eV的间接带隙半导体转变为1.9 eV直接带隙半导体。 另外,作为新发现的贵金属硫化物,二硒化铂（PtSe₂）具有更宽的可调带隙,其单层带隙为1.2 eV,双层带隙为0.21 eV,块体材料为半金属零带隙。这些优异的光电特性为设计构建高性能光电探测器提供了良好的材料基础。 目前基于不同结构和探测机理的二维纳米光电探测器已经被成功制备,器件展现出良好的探测性能,并已经实现了从紫外光,可见光和红外光到太赫兹体系的探测。尽管拥有上述优点,二维层状纳米材料及其光电探测器件也存在一些不足之处。 例如,二维材料拥有较低的光学吸收系数;存在显著的激子效应,极大阻止了光生电子-空穴对的分离。此外,一些二维材料在大面积制备方面仍然存在挑战。 设计构建二维/三维（2D/3D）混合维度范德华异质结器件是解决上述问题的有效途径。这是因为:二维纳米材料的光学吸收和光谱选择性受到其超薄性质和

半导体光电探测器的原理及其应用(精)

半导体光电探测器 摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的工作原理及其特性，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。 关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器 引言 光电探测器是一种受光器件,具有光电变换功能。光敏器件的种类繁多,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN结型、PIN结型及异质结型的等。由于光电探测器的响应速度快,体积小,暗电流小,使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。 半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。 半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍其工作原理及其特性，最后将这两类探测器进行比较。 一、光电子系统的组成 现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图l来说明:待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去.发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同.发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端.由接收光学系统或接收天线将光聚焦到光电探测器上，光电过长距离传输后会衰减，使接收到的信号一般很弱，因此需要用前置放大器将其放大，然后进行解码，还原成发送端原始的待传送信号，最后由终端显示器显示出来. 图1-1光电子系统图 二、半导体探测器的原理 1、光电导探测器 光电导探测器主要是通过电阴值的变化来检测，以下我将以光敏电阻为例介绍其工作原理。光敏电阻又称光导管, 它没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也

【CN109904274A】一种锗硅光电探测器【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910145564.7 (22)申请日 2019.02.27 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 号 (72)发明人 宋俊峰　刘小斌　李雪妍　郜峰利　 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 王宝筠 (51)Int.Cl. H01L 31/107(2006.01) H01L 31/0352(2006.01) H01L 31/0224(2006.01) (54)发明名称 一种锗硅光电探测器 (57)摘要 本发明公开了一种锗硅光电探测器，该锗硅 光电探测器中雪崩区层的大电场由第一Si电极、 第二Si电极、第一电极结构和第二电极结构之间 的电压产生，而Ge吸收区层的电场则是由第Ge电 极和电荷收集区之间的电压产生，这样可以使得 雪崩区层是大电场且Ge吸收区是小电场，极大程 度的降低了暗电流， 进而提高光电转换效率。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109904274 A 2019.06.18 C N 109904274 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109904274 A 1.一种锗硅光电探测器，其特征在于，所述锗硅光电探测器包括： 基底； 设置在所述基底上的第一欧姆接触层和第二欧姆接触层，所述第一欧姆接触层和所述第二欧姆接触层之间存在第一间隔； 设置在所述基底上且位于所述第一间隔内的雪崩区层，所述雪崩区层覆盖所述第一欧姆接触层和所述第二欧姆接触层的部分表面； 设置在所述雪崩区层背离所述基底一侧的电荷收集层； 设置在所述电荷收集层背离所述雪崩区层一侧的第一电极结构和第二电极结构； 设置在所述第二间隔内的Ge吸收区层，且所述Ge吸收区层分别与所述第一电极结构和所述第二电极结构之间均存在间隔； 设置在所述Ge吸收区层背离所述电荷收集层一侧的第三欧姆接触层； 设置在所述第一欧姆接触层上的第一Si电极，和设置在所述第二欧姆接触层上的第二Si电极； 设置在所述第三欧姆接触层背离所述Ge吸收区层一侧的Ge电极，所述Ge电极为环形结构。 2.根据权利要求1所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述第一电极结构包括： 依次设置在所述电荷收集层背离所述雪崩区层一侧的第一接触层、第四欧姆接触层和第三Si电极。 3.根据权利要求2所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述第二电极结构包括： 依次设置在所述电荷收集层背离所述雪崩区层一侧的第二接触层、第五欧姆接触层和第四Si电极。 4.根据权利要求3所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述第一欧姆接触层、所述第二欧姆接触层、所述第四欧姆接触层和所述第五欧姆接触层均为重掺杂Si类型。 5.根据权利要求3所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述雪崩区层、所述第一接触层和所述第二接触层均为本征Si类型。 6.根据权利要求1所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述第三欧姆接触层为重掺杂Ge类型。 7.根据权利要求1所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述电荷收集区为轻掺杂Si类型。 8.根据权利要求1所述的锗硅光电探测器，其特征在于，所述电荷收集层划分为第一区域、第二区域和第三区域； 所述第一区域位于所述第二区域和所述第三区域之间； 其中，所述第二区域和所述第三区域的掺杂类型相同，且所述第一区域和所述第二区域的掺杂类型相反。 2