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光电倍增管和雪崩光电二极管的区别

光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。

本文主要是关于光电倍增管和雪崩 光电二极管的介绍,希望通过本文能让你对光电倍增管和雪崩光电二极管有更深的了解。

光电倍增管

光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现,扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。

光电倍增管和雪崩光电二极管的区别
特性

1.稳定性

光电倍增管的稳定性是由器件本身特性、工作状态和环境条件等多种因素决定的。管子在工作过程中输出不稳定的情况很多,主要有:

a.管内电极焊接不良、结构松动、阴极弹片接触不良、极间尖端放电、跳火等引起的跳跃性不稳现象,信号忽大忽小。

b.阳极输出电流太大产生的连续性和疲劳性的不稳定现象。

c.环境条件对稳定性的影响。环境温度升高,管子灵敏度下降。

d.潮湿环境造成引脚之间漏电,引起暗电流增大和不稳。

e.环境电磁场干扰引起工作不稳。

2.极限工作电压

极限工作电压是指管子所允许施加的电压上限。高于此电压,管子产生放电甚至击穿。

应用

由于光电倍增管增益高和响应时间短,又由于它的输出电流和入射光子数成正比,所以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。其优点是:测量精度高,可以测量比较暗弱的天体,还可以测量天体光度的快速变化。天文测光中,应用较多的是锑铯光阴极的倍增管,如RCA1P21。这种光电倍增管的极大量子效率在4200埃附近,为20%左右。还有一种双碱光阴极的光电倍增管,如GDB-53。它的信噪比的数值较RCA1P21大一个数量级,暗流很低。为了观测近红外区,常用多碱光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管,后者量子效率最大可达50%。普通光电倍增管一次只能测量一个信息,即通道数为1。矩阵。

由于通道数受阳极末端细金属丝的限制,只做到上百个通道。

雪崩光电二极管

雪崩光电二极管 (semiconductor avalanche photodiode )是具有内部光电流增益的半导体光电子器件,又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点,适用于以微弱光信号的探测和接收,在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。

光电倍增管和雪崩光电二极管的区别

影响响应速度的因素

载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大,雪崩倍增过程所需的时间越长。因而,雪崩倍增过程要受到“增益-带宽积”的限制。在高雪崩增益情况下,这种限制可能成为影响雪崩光电二极管响应速度的主要因素之一。但在适中的增益下,与其他影响光电二极管响应速度的因素相比,这种限制往往不起主要作用,因而雪崩光电二极管仍然能获得很高的响应速度。现代雪崩光电二极管增益-带宽积已达几百吉赫。

与一般的半导体光电二极管一样,雪崩光电二极管的光谱灵敏范围主要取决于半导体材料的禁带宽度。制备雪崩光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓和磷化铟等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔体。根据形成耗尽层方法的不同,雪崩光电二极管有PN结型(同质的或异质结构的PN结。其中又有一般的PN结、PIN结及诸如 N+PπP+结等特殊的结构)、金属半导体肖特基势垒型和金属-氧化物-半导体结构等。

起源

1965年,K.M.约翰逊及L.K.安德森等分别报道了在微波频率下仍然具有相当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此,雪崩光电二极管作为一种新型、高速、灵敏的固态光电探测器件渐渐受到重视。

性能良好的雪崩光电二极管的光电流平均增益嚔可以达到几十、几百倍甚至更大。半导体中两种载流子的碰撞离化能力可能不同,因而使具有较高离化能力的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下获得较高的雪崩倍增。但是,光电流的这种雪崩倍增并不是绝对理想的。一方面,由于嚔随注入光强的增加而下降,使雪崩光电二极管的线性范围受到一定的限制,另一方面更重要的是,由于载流子的碰撞电离是一种随机的过程,亦即每一个别的载流子在耗尽层内所获得的雪崩增益可以有很广泛的几率分布,因而倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机起伏,即光电流中的噪声有附加的增加。与真空光电倍增管相比,由于半导体中两种载流子都具有离化能力,使得这种起伏更为严重。

式中q为电子电荷,B为器件工作带宽,F(嚔)表示雪崩倍增过程所引起噪声的增加,称为过剩噪声因子。一般情况下,F随嚔的变化情况相当复杂。有时为简单起见,近似地将F表示为F=嚔x,x称为过剩噪声指数。F或x是雪崩光电二极管的重要参数。

由于F大于1,并随嚔的增加而增加,因而只有当一个接收系统(包括探测器件即雪崩光电二极管、负载电阻和前置放大器)的噪声主要由负载电阻及放大器的热噪声所决定时,提高雪崩增益嚔可以有效地提高系统的信噪比,从而使系统的探测性能获得改善;相反,当系统的噪声主要由光电流的噪声决定时,增加嚔就不再能使系统的性能改善。这里起主要作用的是过剩噪声因子F的大小。为获得较小的F值,应采用两种载流子离化能力相差大的材料,使具有较高离化能力的载流子注入到耗尽层,并合理设计器件结构。

光电倍增管和雪崩光电二极管的区别

简单来说,光电二极管不能放大信号,光电倍增管能放大信号,因此一般用作微弱光的检测。

1.首先原理是不同的。

光电二极管是利用的半导体的能带理论,当光照射光电二极管时,光的能量大于带隙能量时,价电子带的电子受到激励向导带运动,原来的价电子就留下空穴。这样在P区、N区及耗尽层就产生电子-空穴对。在耗尽层电场作用下电子向N区、空穴向P区加速运动,这样使得P区带正电,N区带负电,各自向对方的电极方向运动(漂移),这样就产生了电流。然后对这个电流进行检测,就可以得到光的信息,或者再对这个电流进行放大,用来发电,这就是太阳能电池

光电倍增管的原理主要有两个:光电效应和二次电子发射理论。首先光电效应,大家都懂,就是当光入射到碱金属表面时,会有电子放出,当电子的动能超过碱金属的逸出功时,就会逃离金属表面,这时如果用非常灵敏的电流计就可以探测到电流信号。第二部是放大,逃逸出的电子在经过倍增极的二次放大,就会使电流信号不断增大,最后在阳极输出一个较大的电流信号。与光电倍增管对比来看,光电倍增管不仅能产生电流还能对电流进行放大,不过两者产生电流的原理是完全不同的。

2.其次应用范围不同。

这个就很明白了,凡是用到微弱光探测的地方一般都用光电倍增管,比如一些伽马相机,放射源的探测,等等。而光电二极管的应用在原理中已简单交待,不再赘述。

3.生产厂家:光电二极管是一种非常常见的光电元器件,因此生产厂家非常多,可以百度一下,可是光电倍增管的生产厂家非常非常少,全世界的光电倍增管主要是有一家公司生产的:日本的滨松光子,如果你是做光电检测的,则对这个公司应该非常熟悉,其次英国的photonis,不过,这家公司已经在金融危机后停产了.

结语

关于光电倍增管和雪崩光电二极管的相关介绍就到这了,如有不足欢迎指正。

THE END
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