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传感器与检测技术精 彩 一 课 主讲 李田泽 简要回顾 前面我们学过的光电传感器有 1光电管 2光电倍增管 3光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管 4光电池等 * 光电管、光电倍增管属于光电子发射器件，属外光电效应型 * 光敏电阻属于光电导器件，属内光电效应型 * 光敏二极管、光敏三极管属于光生伏特器件，也属内光电效应型 上述这些传感器的物理基础都是基于光电效应，这节课我们继续介绍另一种基于横向光电效应的高精度的半导体光电位置敏感器件。 半导体光电位置敏感器件及其应用 一、半导体光电位置敏感器件的结构 二、工作原理及特性分析 三、外界参数对器件性能影响 四、信号调理电路的设计 五、应用举例 一、半导体光电位置敏感器件的结构 本部分要点： 1. 半导体光电位置敏感器件简述 2. 光电位置敏感器件特点 3. 一维光电位置敏感器件结构 4. 二维光电位置敏感器件结构 （3)光谱范围宽 一般讲： (1)芯片尺寸： 30mm ; (2)光谱范围（nm）：380-1100 ; (3)峰值响应度（A/w）：典型值:+-20 最大值 :+-70 ; (4)位置测量误差（μm）：±30~±120. （4)处理电路简单 运算放大器、除法器、电阻、电容等即可完成该电路 3.一维光电位置敏感器件结构 4.二维光电位置敏感器件结构 二、PSD的工作原理及特性分析 PSD的工作原理基于横向光电效应 横向光电效应是由肖特基（Schottky)在1930年首先发现的。 1. 横向光电效应 2. 等效电路 当光束入射到 PSD的表面上时，将在 PSD的表面形成一个光斑，并且在形成的光斑位置产生一个正比于光能的光生电荷，当 PSD的公共端加上正电压时，将形成光生电流I0。 (1)实用PSD三层结构，图给出了实用 PSD的PIN三层结构的截面图。最上面一层（P层）为感光层，中间层为I层，下面一层是N层。两边都有一输出电极，底层的公共电极接反偏电压。 入射光 x I1 I2 RL RL L L （2）PSD等效电路及简化的等效电路 当入射光射到 PSD的光敏面某一点A时，假设产生的总光生电流为I0，由于在入射光点到两信号电极间存在横向电势，在两个信号电极接的负载电阻上，就得到了两个光电流I1和 I2，I1 和 I2的大小取决于入射光点位置及两极间的等效电阻R1和R2。如果PSD表面层的电阻是均匀的，则R1和R2的阻值取决于入射光点位置。负载电阻相对于R1和R2的阻值可以忽略，则 3.PSD的非线性分析 PSD 具有很高的时间响应性和较高的位置分辨率，但PSD具有非线性,PSD的非线性使得整个器件所测试的数据置信度下降，致使在高精度测量中的应用受到了制约。 产生这种非线性的因素很多，但归纳起来，主要集中在以下几个方面： （2）电极大小、形状对PSD的影响 PSD电极的大小、形状对 PSD 的性能有一定的影响。在分析PSD电极输出电流时，没有考虑电极大小和尺寸，实际上PSD 电极总有一定的大小和尺寸，电极不是理想的点电极，电极与电极并非绝对的对称。 （3）P 区结面上电阻率不均匀 （4）单位面积上的结电容分布呈现不均匀 由于在P型与N型半导体层的不均匀性，使得P-N交界面上形成的结电容的分布呈现不均匀性。 （5）PSD的中央区域的线性度比较好，但边缘区域的线性较差，严重影响了PSD的数据测试的置信度，另外，温度的漂移对PSD也有一定的影响。 三、外界参数对器件性能影响 1. 入射光对PSD性能的影响 从理论上讲，入射光点的强度和尺寸大小对位置