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走進(jìn)光束測量-暗電流
更新時(shí)間:2024-08-09   點(diǎn)擊次數(shù):288次

光電探測器是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備,然而,當(dāng)探測器接入電路后,即使沒有任何外來光照射(即全暗條件下),由于熱電子發(fā)射、場致發(fā)射或半導(dǎo)體中晶格熱振動(dòng)所激發(fā)出來的載流子,也會(huì)有電流輸出,這種電流稱為暗電流。暗電流是隨機(jī)起伏的,由此在電路中引起的噪聲叫做暗電流噪聲。


當(dāng)光電探測器工作在光導(dǎo)模式(響應(yīng)速度更快),暗電流會(huì)顯著增大,并與溫度息息相關(guān)。溫度每升高10K,暗電流就會(huì)成倍增加。施加較大的偏壓會(huì)降低結(jié)電容,但也會(huì)增加當(dāng)前暗電流的大小,因此在器件選型時(shí)需要注意權(quán)衡帶寬與噪聲這兩個(gè)指標(biāo)。


另外,當(dāng)前暗電流也受光電二極管材料和有源區(qū)尺寸的影響。與具有高暗電流的鍺器件相比,硅器件的暗電流通常較小。

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圖1:越大的有源區(qū)直徑帶來越大的暗電流;相同的有源區(qū)直徑,制冷能力越強(qiáng)的暗電流越小,來源:濱松G12181系列銦鎵砷光電二極管數(shù)據(jù)單

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圖2:可以見到硅探測器的暗電流相對較低,同樣的,越大的有源區(qū)直徑帶來越大的暗電流,來源:濱松S1226系列硅光電二極管數(shù)據(jù)單

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圖3:硅雪崩光電二極管,固定工作在偏置狀態(tài)下,有源面越小暗電流越小,倒數(shù)兩個(gè)設(shè)備大有源面缺擁有更低的上升時(shí)間是因?yàn)榉庋b類型的不同,來源:Excelitas 光子檢測解決方案數(shù)據(jù)單


雖然偏置狀態(tài)、有源面面積、結(jié)電容、封裝類型等等因素均有不同,但不一樣的材料構(gòu)成的二極管,在暗電流參數(shù)上總是有規(guī)律可循。下表給出了幾種光電二極管材料及它們的相關(guān)暗電流、響應(yīng)波段。

材料類型

暗電流

響應(yīng)波長(nm)

硅基光電二極管

200-1100

鍺基光電二極管

800-1800

磷化鎵光電二極管

紫外至可見光

銦鎵砷光電二極管

近紅外

銦砷銻光電二極管

近紅外至中紅外(截止至5900)

波長擴(kuò)展型砷銦鎵

綠光至近紅外

碲鎘汞二極管

近紅外至中紅外










表1:不同類型材料的暗電流大小定性判斷以及對應(yīng)響應(yīng)波長


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