光电探测器介绍及性能参数

光电探测器（PD）主要有三种结构：光电导型、光电二极管型和光电晶体管型（图2）。其中，光电导型由于结构简单、易于集成等优点，受到了广泛的关注。光电导体施加偏置电压以分离光生载流子，从而增加了器件的导电性。而光电二极管型结构上由透明电极、空穴传输层（HTL）、钙钛矿活性层、电子传输层（ETL）以及金属电极组成。另一种类型的光电晶体管则包括介电层、活性层和源极、漏极、栅极三个电极。

光电探测器的工作机理主要包括以下三个步骤：（1）在光照下产生光生载流子；（2）载流子扩散或迁移形成电流；（3）光电流在放大电路中放大并转换为电信号。探测器在有光照的情况下，若材料的禁带宽度比入射光子的能量小，其价带电子将会跃迁至导带，从而产生光电流。

PD的性能是一个综合的评价指标。针对实际应用需求不同，对器件的性能参数侧重点也不同。具体包括如下几个重要的性能参数：

光谱响应范围，PD的光谱响应范围取决于半导体材料的吸收光谱，即取决于半导体材料的带宽。对于窄带PD，其光谱响应范围受到载流子收集的影响，部分不依赖于材料本身的吸收特性。

响应度（R）是指输出电压或电流与输入光信号功率的比值，代表在入射光照射下，PD将光信号转换成电信号的能力。EQE是指收集的光生载流子与入射光子数的比值。

探测率（D*）是指PD在噪声环境下探测光信号的能力。通常用于描述PD探测弱光的能力。D*越高，代表PD的探测能力越高。

噪声电流是指探测带宽下暗电流随机波动的均方根。噪声电流的大小影响着探测器灵敏度的高低。噪声电流主要由与频率无关的散粒噪声（ishot）和热噪声（ithermal），以及与频率相关的1/f噪声（i1/f）和产生-复合噪声（i g-r）组成。

噪声等效功率（NEP）是指探测器输出电压正好等于输出噪声电压时的入射光功率。代表PD能够识别噪声的最低光强度，一般认为NEP为探测率的倒数。NEP越小，表示PD对弱光的探测能力越强。

线性动态范围（LDR）是指输出电流或电压与输入光信号成线性比例的光功率范围，表示为PD保持线性响应时的最强与最弱光功率（辐照度）之比。LDR越宽，说明PD的探测性能越好。

响应时间：PD在入射光下，信号从最大值的10％上升到90％所需的时间，以及信号从最大值的90％下降到10％的时间，为上升或下降时间，单位为s。

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