本文主要是關(guān)于光電倍增管和雪崩光電二極管的介紹，希望通過本文能讓你對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轉(zhuǎn)換成電信號的真空電子器件。光電倍增管用在光學(xué)測量儀器和光譜分析儀器中。它能在低能級光度學(xué)和光譜學(xué)方面測量波長200~1200納米的極微弱輻射功率。閃爍計數(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、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，信號忽大忽小。
b.陽極輸出電流太大產(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量和天體分光光度測量中。其優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高，可以測量比較暗弱的天體，還可以測量天體光度的快速變化。天文測光中，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大一個數(shù)量級，暗流很低。為了觀測近紅外區(qū)，常用多堿光陰極和砷化鎵陰極的光電倍增管，后者量子效率最大可達(dá)50%。普通光電倍增管一次只能測量一個信息，即通道數(shù)為1。矩陣。
由于通道數(shù)受陽極末端細(xì)金屬絲的限制，只做到上百個通道。
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的探測和接收，在光纖通信、激光測距和其他光電轉(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，雪崩倍增過程所需的時間越長。因而，雪崩倍增過程要受到“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)體肖特基勢壘型和金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)等。
起源
1965年，K.M.約翰遜及L.K.安德森等分別報道了在微波頻率下仍然具有相當(dāng)高光電流增益的、均勻擊穿的半導(dǎo)體雪崩光電二極管。從此，雪崩光電二極管作為一種新型、高速、靈敏的固態(tài)光電探測器件漸漸受到重視。
性能良好的雪崩光電二極管的光電流平均增益嚔可以達(dá)到幾十、幾百倍甚至更大。半導(dǎo)體中兩種載流子的碰撞離化能力可能不同，因而使具有較高離化能力的載流子注入到耗盡區(qū)有利于在相同的電場條件下獲得較高的雪崩倍增。但是，光電流的這種雪崩倍增并不是絕對理想的。一方面，由于嚔隨注入光強(qiáng)的增加而下降，使雪崩光電二極管的線性范圍受到一定的限制，另一方面更重要的是，由于載流子的碰撞電離是一種隨機(jī)的過程，亦即每一個別的載流子在耗盡層內(nèi)所獲得的雪崩增益可以有很廣泛的幾率分布,因而倍增后的光電流I比倍增前的光電流I0有更大的隨機(jī)起伏，即光電流中的噪聲有附加的增加。與真空光電倍增管相比，由于半導(dǎo)體中兩種載流子都具有離化能力，使得這種起伏更為嚴(yán)重。
式中q為電子電荷,B為器件工作帶寬，F(xiàn)(嚔)表示雪崩倍增過程所引起噪聲的增加，稱為過剩噪聲因子。一般情況下,F隨嚔的變化情況相當(dāng)復(fù)雜。有時為簡單起見，近似地將F表示為F=嚔x,x稱為過剩噪聲指數(shù)。F或x是雪崩光電二極管的重要參數(shù)。
由于F大于1，并隨嚔的增加而增加，因而只有當(dāng)一個接收系統(tǒng)（包括探測器件即雪崩光電二極管、負(fù)載電阻和前置放大器）的噪聲主要由負(fù)載電阻及放大器的熱噪聲所決定時，提高雪崩增益嚔可以有效地提高系統(tǒng)的信噪比，從而使系統(tǒng)的探測性能獲得改善；相反，當(dāng)系統(tǒng)的噪聲主要由光電流的噪聲決定時，增加嚔就不再能使系統(tǒng)的性能改善。這里起主要作用的是過剩噪聲因子F的大小。為獲得較小的F值，應(yīng)采用兩種載流子離化能力相差大的材料，使具有較高離化能力的載流子注入到耗盡層，并合理設(shè)計器件結(jié)構(gòu)。
光電倍增管和雪崩光電二極管的區(qū)別
簡單來說，光電二極管不能放大信號，光電倍增管能放大信號，因此一般用作微弱光的檢測。
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，光的能量大于帶隙能量時，價電子帶的電子受到激勵向?qū)н\(yùn)動，原來的價電子就留下空穴。這樣在P區(qū)、N區(qū)及耗盡層就產(chǎn)生電子－空穴對。在耗盡層電場作用下電子向N區(qū)、空穴向P區(qū)加速運(yùn)動，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（漂移），這樣就產(chǎn)生了電流。然后對這個電流進(jìn)行檢測，就可以得到光的信息，或者再對這個電流進(jìn)行放大，用來發(fā)電，這就是太陽能電池。
光電倍增管的原理主要有兩個：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，會有電子放出，當(dāng)電子的動能超過堿金屬的逸出功時，就會逃離金屬表面，這時如果用非常靈敏的電流計就可以探測到電流信號。第二部是放大，逃逸出的電子在經(jīng)過倍增極的二次放大，就會使電流信號不斷增大，最后在陽極輸出一個較大的電流信號。與光電倍增管對比來看，光電倍增管不僅能產(chǎn)生電流還能對電流進(jìn)行放大，不過兩者產(chǎn)生電流的原理是完全不同的。
2.其次應(yīng)用范圍不同。
這個就很明白了，凡是用到微弱光探測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，等等。而光電二極管的應(yīng)用在原理中已簡單交待，不再贅述。
3.生產(chǎn)廠家：光電二極管是一種非常常見的光電元器件，因此生產(chǎn)廠家非常多，可以百度一下，可是光電倍增管的生產(chǎn)廠家非常非常少，全世界的光電倍增管主要是有一家公司生產(chǎn)的：日本的濱松光子，如果你是做光電檢測的，則對這個公司應(yīng)該非常熟悉，其次英國的photonis，不過，這家公司已經(jīng)在金融危機(jī)后停產(chǎn)了.
結(jié)語
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