Bài giảng Đầu thu quang điện

ĐẦU THU QUANG ĐIỆN


NỘI DUNG
•

Một số khái niệm cơ bản

•

PIN

•

APD

•

PMT


Hiệu ứng quang điện
•

Đầu thu quang điện là thiết bị chuyển tín hiệu
quang thành tín hiệu điện dựa trên hiện
tượng quang điện.


Đáp ứng của đầu thu quang

Hiệu suất lượng tử



Thời gian đáp ứng


Dòng tối
•

•

Khi không có ánh sáng tới, nếu đặt vào
photodiode một hiệu điện thế ngược vẫn xuất
hiện một dòng điện nhỏ gọi là dòng tối:

Khi được chiếu sáng, dòng toàn phần bằng
tổng của dòng quang điện và dòng tối:


Diode thu quang pin
•

•

Diode thu quang p-i-n thông thường có cấu trúc gồm lớp bán dẫn p và lớp bán
dẫn n, giữa 2 lớp bán dẫn p-n này là một lớp i. Lớp i này thường là bán dẫn
thuần hoặc hoặc bán dẫn được pha tạp rất ít và có độ dày hơn nhiều so với hai
lớp p và n. Vùng lớp I này được gọi là vùng trôi.

Độ rộng vùng nghèo w tối ưu phụ thuộc vào việc cân đối giữa tốc độ đáp ứng và độ 
nhạy của photodiode. Với các bán dẫn có dải cấm không trực tiếp như Si hay Ge, giá 
trị của w nằm trong khoảng 20 – 50 μm thì có hiệu suất lượng tử hợp lý. Vì vậy, thời 
gian đáp  ứng bị hạn  chế do thời gian chuyển tiếp tương  đối lớn (>200 ps). Ngược 
lại, với các bán dẫn có dải cấm trực tiếp như InGaAs, w có thể nhỏ cỡ 3 ­ 5 μm mà 
vẫn đảm bảo  hiệu  suất lượng tử,  do  đó thời gian chuyển tiếp của photodiode  loại 
này cỡ 10 ps.


APD
-

-

-

APD là đầu thu quang điện dựa trên hiện
tượng thác lũ.
APD có đáp ứng và tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
lớn hơn nhiều các loại photodiode do hiện
tượng khuếch đại nội.
So với cấu trúc pin, APD có thêm lớp p có
điện trở suất cao. Vùng p này được gọi là
vùng nhân.


Hiệu ứng thác lũ
- Phương trình tốc độ:

αe, αh được gọi là tốc độ ion hóa

do điện tử và lỗ trống gây ra. Nếu
điện trường trong vùng nhân là
đồng nhất thì chúng là hằng số.
- Hệ số nhân:
KA = αh/ αe.


APD



Si APD


Si APD


Si APD


PMT


PMT dạng tròn


PMT dạng hộp và lưới


Photocathode

Các vật liệu thường dùng: silver-oxygen-caesium
(AgOCs), antimonycaesium (SbCs), and the biand trialkali compounds SbKCs, SbRbCs, and
SbNa2KCs.


Dynode
•

Những vật liệu làm dynode: alkali antimonide,
beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO),
gallium phosphide (GaP). Chúng được phủ lên đế dẫn
điện làm từ nikel, thép…


Các phương pháp đo