光接收器件簡介
光接收器件是利用光電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。根據(jù)光接收器的原理不同，光接收器可分為光電導(dǎo)器件、光電二極管和光電晶體管3種。這些光電接收器的工作原理都利用了光電導(dǎo)效應(yīng)和光生電動勢效應(yīng)，根據(jù)光波長和響應(yīng)頻率的不同，其使用目的也不同。在本書第3章中，將主要介紹光電二極管的工作原理與應(yīng)用。
利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)，將光信號變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的器件稱為光電導(dǎo)器件。光電導(dǎo)器件是把光生載流子引起的電阻變化作為電信號進(jìn)行檢測的器件。由于光生載流子的生成機(jī)理不同，光電導(dǎo)器件可以分為本征型和摻雜型兩種。許多半導(dǎo)體材料可以用于光電導(dǎo)器件。在可見光范圍內(nèi)，經(jīng)常使用的是硫化鎘（CdS）光導(dǎo)管。這種光導(dǎo)管利用的是本征性的光電導(dǎo)機(jī)理，材料的化學(xué)元素在光照射時會引起電導(dǎo)率的變化。這種光導(dǎo)管可以在可見光范圍內(nèi)靈敏地工作，但是響應(yīng)速度不快，約為幾十毫秒。在波長較長的紅外線范圍內(nèi)，根據(jù)照射光的波長不同，許多光電導(dǎo)器件是分別使用的。經(jīng)常使用的是在近紅外范圍內(nèi)的硫化鉛（PbS）和硒化鉛（PbSe）。這些器件是本征性的光電導(dǎo)器件，檢測精度高，可以在室溫下使用，所以被廣泛應(yīng)用。而摻雜型的光電導(dǎo)器件也是主要用做紅外線檢測的光接收器。
光電二極管是利用半導(dǎo)體pn結(jié)中的光生電動勢效應(yīng)的光電接收器件。光電導(dǎo)器件中光生載流子引起的電流變化可以作為電信號附加在外部偏壓上被檢測出來。而光電二極管利用的是pn結(jié)的內(nèi)部電場，往往使用反向電壓。另外，光電二極管靈敏度高、響應(yīng)速度快、噪聲小、信噪比較高，是用途極其廣泛的光接收器件。為了制造出靈敏度高且響應(yīng)速度快的光電二極管，需要合理地優(yōu)化設(shè)計P型和N型層厚度等器件結(jié)構(gòu)，以及摻雜濃度等。目前較為流行的高速光電二極管有PIN光電二極管和雪崩光電二極管。它們在要求高速度的光通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
光電晶體管是利用少數(shù)載流子擴(kuò)散的晶體管放大作用來提高增益的光電接收器件。這種光電接收器件雖然速度慢，但是靈敏度非常高。光電晶體管很早以前就被用來制作光開關(guān)器件，例如，同發(fā)光二極管光源共同使用的耦合器。用這種耦合器可以制造物體檢測裝置，例如，自動售貨機(jī)的硬幣檢測、工廠傳輸帶上的物體檢測等。
作為上述這些光電接收器件的具體應(yīng)用，攝像器件正受到越來越多的廠商和科研人員的重視。所謂攝像器件，就是將原有的攝像管固體化，再將先前所述的各種半導(dǎo)體光接收器件排列成陣列狀，并且將光圖像信息以電信號的形式輸出的器件。由于使用了半導(dǎo)體光接收器件，它具有重量輕、耗能少、耐沖擊和耐振動等優(yōu)異的特性。性能優(yōu)異的攝像器件已經(jīng)開始代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攝像器件，并且作為圖像傳感器，在攝像機(jī)等民用產(chǎn)品到工業(yè)機(jī)器人的識別器等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
固體攝像器件大致可以分為光照射部位一維排列的線條傳感器和二維排列的圖像傳感器。由于Si光電二極管具有優(yōu)異的特性，同
