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本文主要是關(guān)于光電倍增管和雪崩光電二極管的介紹，希望通過(guò)本文能讓你對(duì)光電倍增管和雪崩光電二極管有更深的了解。
?光電倍增管
光電倍增管是將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的真空電子器件。光電倍增管用在光學(xué)測(cè)量?jī)x器和光譜分析儀器中。它能在低能級(jí)光度學(xué)和光譜學(xué)方面測(cè)量波長(zhǎng)200~1200納米的極微弱輻射功率。閃爍計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)，擴(kuò)大了光電倍增管的應(yīng)用范圍。激光檢測(cè)儀器的發(fā)展與采用光電倍增管作為有效接收器密切有關(guān)。電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開(kāi)光電倍增管。光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機(jī)械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。
特性:
1.穩(wěn)定性
光電倍增管的穩(wěn)定性是由器件本身特性、工作狀態(tài)和環(huán)境條件等多種因素決定的。管子在工作過(guò)程中輸出不穩(wěn)定的情況很多，主要有：
a.管內(nèi)電極焊接不良、結(jié)構(gòu)松動(dòng)、陰極彈片接觸不良、極間尖端放電、跳火等引起的跳躍性不穩(wěn)現(xiàn)象，信號(hào)忽大忽小。
b.陽(yáng)極輸出電流太大產(chǎn)生的連續(xù)性和疲勞性的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
c.環(huán)境條件對(duì)穩(wěn)定性的影響。環(huán)境溫度升高，管子靈敏度下降。
d.潮濕環(huán)境造成引腳之間漏電，引起暗電流增大和不穩(wěn)。
e.環(huán)境電磁場(chǎng)干擾引起工作不穩(wěn)。
2.極限工作電壓
極限工作電壓是指管子所允許施加的電壓上限。高于此電壓，管子產(chǎn)生放電甚至擊穿。
應(yīng)用:
由于光電倍增管增益高和響應(yīng)時(shí)間短，又由于它的輸出電流和入射光子數(shù)成正比，所以它被廣泛使用在天體光度測(cè)量和天體分光光度測(cè)量中。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，可以測(cè)量比較暗弱的天體，還可以測(cè)量天體光度的快速變化。天文測(cè)光中，應(yīng)用較多的是銻銫光陰極的倍增管，如RCA1P21。這種光電倍增管的極大量子效率在4200埃附近，為20%左右。還有一種雙堿光陰極的光電倍增管，如GDB-53。它的信噪比的數(shù)值較RCA1P21大一個(gè)數(shù)量級(jí)，暗流很低。為了觀測(cè)近紅外區(qū)，常用多堿光陰極和砷化鎵陰極的光電倍增管，后者量子效率max可達(dá)50%。普通光電倍增管一次只能測(cè)量一個(gè)信息，即通道數(shù)為1。
由于通道數(shù)受陽(yáng)極末端細(xì)金屬絲的限制，只做到上百個(gè)通道。
雪崩光電二極管
雪崩光電二極管 (semiconductor avalanche photodiode )是具有內(nèi)部光電流增益的半導(dǎo)體光電子器件，又稱固態(tài)光電倍增管。它應(yīng)用光生載流子在二極管耗盡層內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)而獲得光電流的雪崩倍增。這種器件具有小型、靈敏、快速等優(yōu)點(diǎn)，適用于以微弱光信號(hào)的探測(cè)和接收，在光纖通信、激光測(cè)距和其他光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。
影響響應(yīng)速度的因素:
載流子在耗盡層中獲得的雪崩增益越大，雪崩倍增過(guò)程所需的時(shí)間越長(zhǎng)。因而，雪崩倍增過(guò)程要受到“增益-帶寬積”的限制。在高雪崩增益情況下，這種限制可能成為影響雪崩光電二極管響應(yīng)速度的主要因素之一。但在適中的增益下，與其他影響光電二極管響應(yīng)速度的因素相比，這種限制往往不起主要作用，因而雪崩光電二極管仍然能獲得很高的響應(yīng)速度。現(xiàn)代雪崩光電二極管增益-帶寬積已達(dá)幾百吉赫。
與一般的半導(dǎo)體光電二極管一樣，雪崩光電二極管的光譜靈敏范圍主要取決于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度。制備雪崩光電二極管的材料有硅、鍺、砷化鎵和磷化銦等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔體。根據(jù)形成耗盡層方法的不同，雪崩光電二極管有PN結(jié)型（同質(zhì)的或異質(zhì)結(jié)構(gòu)的PN結(jié)。其中又有一般的PN結(jié)、PIN結(jié)及諸如 N+PπP+結(jié)等特殊的結(jié)構(gòu)）、金屬半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘型和金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)等。
光電倍增管和雪崩光電二極管的區(qū)別
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光電二極管不能放大信號(hào)，光電倍增管能放大信號(hào)，因此一般用作微弱光的檢測(cè)。
1.首先原理是不同的。
光電二極管是利用的半導(dǎo)體的能帶理論，當(dāng)光照射光電二極管時(shí)，光的能量大于帶隙能量時(shí)，價(jià)電子帶的電子受到激勵(lì)向?qū)н\(yùn)動(dòng)，原來(lái)的價(jià)電子就留下空穴。這樣在P區(qū)、N區(qū)及耗盡層就產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。在耗盡層電場(chǎng)作用下電子向N區(qū)、空穴向P區(qū)加速運(yùn)動(dòng)，這樣使得P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，各自向?qū)Ψ降碾姌O方向運(yùn)動(dòng)（漂移），這樣就產(chǎn)生了電流。然后對(duì)這個(gè)電流進(jìn)行檢測(cè)，就可以得到光的信息，或者再對(duì)這個(gè)電流進(jìn)行放大，用來(lái)發(fā)電，這就是太陽(yáng)能電池。
光電倍增管的原理主要有兩個(gè)：光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射理論。首先光電效應(yīng)，大家都懂，就是當(dāng)光入射到堿金屬表面時(shí)，會(huì)有電子放出，當(dāng)電子的動(dòng)能超過(guò)堿金屬的逸出功時(shí)，就會(huì)逃離金屬表面，這時(shí)如果用非常靈敏的電流計(jì)就可以探測(cè)到電流信號(hào)。第二部是放大，逃逸出的電子在經(jīng)過(guò)倍增極的二次放大，就會(huì)使電流信號(hào)不斷增大，最后在陽(yáng)極輸出一個(gè)較大的電流信號(hào)。與光電倍增管對(duì)比來(lái)看，光電倍增管不僅能產(chǎn)生電流還能對(duì)電流進(jìn)行放大，不過(guò)兩者產(chǎn)生電流的原理是完全不同的。
2.其次應(yīng)用范圍不同。
這個(gè)就很明白了，凡是用到微弱光探測(cè)的地方一般都用光電倍增管，比如一些伽馬相機(jī)，放射源的探測(cè)，等等。而光電二極管的應(yīng)用在原理中已簡(jiǎn)單交待，不再贅述。
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