光電探測器的案例
Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
光學設計
使用FDTD求解器，計算出不同結構參數下光電探測器中的光場變化（主要以電場E的形式表示）。
光電探測器樣光傳播方向（Y）的截面
監視器1中的光場分布（YZ方向）
在得到光場后，軟件內置的分析腳本將自動的計算出光產生速率，同時會根據光生成率在光傳播方向（y）上的平均值生成一個文件，此文件將在CHARGE中用于電學仿真。
光生成速率的平均值示意圖
產生速率分析還基于輸入功率和器件體積來計算光電探測器的響應度。因此調整光電探測器的（Y方向）的長度，可以初步觀察到響應度的變化。
電學設計與光電響應
穩態：暗電流和響應
文獻中[2]測量到的暗電流小于10nA。為了模擬光電探測器的穩態特性，我們將FDTD中計算出的長度為50μm的光電探測器的光學生成率導入到CHARGE電學仿真當中，將偏置從-5V掃到1.5V，進行暗電流模擬和響應模擬。從光電流響應來看，響應度為1.07A/W，表明復合損耗可忽略不計。
展開 Ansys Lumerical | 單行載流子光電探測器仿真方法
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。載流子的速度通常是有限的，并且在大多數常見的材料（如鍺）中空穴比電子慢，這會導致延遲和不對稱響應。通過結合窄帶隙和寬帶隙半導體，可以隔離單個載流子類型（通常是電子），使得器件的光響應僅取決于這些載流子的傳輸。然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
展開 基于氧化銦納米晶體的紫外窄帶光電探測器
該光電探測器非常適用于窄帶光譜選擇光電探測器等實際應用。基于離子合成納米晶體的器件設計也有助于實現可見盲光電探測器。
用于高性能光電探測器
通過演示在280至850 nm波長范圍內工作的寬帶光電探測器，可以闡明原子薄層SnS的非常吸引人的材料特性。與最先進的商用光電探測器相比，寬帶光電探測器獲得的品質指標顯示出超過三個數量級的響應度。即使在如此低的厚度下，原子薄SnS層的穩定性也是一個明顯的優勢。
因此，本工作為大面積合成代表性材料的超薄層提出了一條新途徑，而該超薄層通常無法使用常規方法以原子層面的尺度進行合成。這也為發現可能存在于其他層狀材料的量子極限處的獨特性質打開了新途徑。（文：SSC）
. : CsPbBr3薄膜限域生長及其在高性能光電探測器中的應用
基于上述CsPbBr3薄膜的光電探測器在所有測試指標中均表現出色。特別的，實現了高達216 A·W-1的高響應度和超短響應時間(<5 μs)，相比所有CsPbBr3基光電探測器更好。還實現了7.55×1013檢測限以及-3 dB時帶寬3.1×105 Hz的記錄。該工作為高品質全無機鹵素鈣鈦礦多晶薄膜打開了大門，可將其擴展應用于更多光電器件，包括太陽能電池、光電極和射線探測器。
【圖文簡介】
圖1 CsPbBr3薄膜的制備及其形貌
a) CsPbBr3薄膜的傳統制備過程示意圖；
b) CsPbBr3薄膜的限域制備過程示意圖；
c) CsPbBr3 IO(inverse opal，反蛋白石)薄膜的大區域頂視SEM圖像。
圖2 傳統CsPbBr3薄膜和CsPbBr3 IO薄膜的結構、電子性能比較
a) XRD圖譜；
b) 室溫下、石英基底上的PL光譜；
c) 黑暗下以及442 nm激光照射下的對數I–V曲線；
d) 偏壓1 V時的靈敏度光譜。
圖3 前驅體比例調控對結構、光學及電子性質的影響
a) XRD圖譜；
b) PL衰減曲線，內插為PL光譜；
c) 石英基底上四種PbBr2:CsBr比例(0.8, 1.0, 1.2, 1.4)的CsPbBr3 IO薄膜的吸收光譜及相應的Urbach能(內插)；
d) CsPbBr3 IO薄膜缺陷態密度和載流子遷移率隨PbBr2:CsBr比例的變化。
展開 紫外光電探測器TOCON_ABC1用于焊接電弧光紫外線檢測
最后推薦一款可以應用在焊接電弧光紫外線檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
展開 紫外光電探測器用于高溫場合的鍋爐加熱火焰熄滅檢測
最后推薦一款可以應用在鍋爐加熱火焰熄滅檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
展開 紫外光電探測器TOCON-ABC1用于燃弧紫外檢測
最后推薦一款可以應用在燃弧紫外線檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
展開 Optisystem應用：光電檢測器靈敏度建模
任何光接收機的主要工作部件之一是光電檢測器（其將光功率轉換成電流）。根據系統性能目標，可以使用PIN或APD（雪崩光電二極管）光電探測器。
誤碼率（BER）是用于確定通信傳輸系統可靠性的主要指標，通常與接收機靈敏度值相關聯，該靈敏度值定義必須到達光電檢測器以實現所需BER性能的最小平均光功率。或者，可以從采樣信號統計中計算信道的Q因子，并用于估計系統BER（OptiSystem支持兩種計算方法）。
光電探測器在定義基本通信系統的最終靈敏度方面起著重要作用，因為它以散粒（基于量子）和熱噪聲的形式提供統計擾動。它還引入了暗電流（可以看作是直流噪聲），并且具有定義的響應度（一種測量每單位功率輸入獲得多少電輸出），其取決于入射光的波長和傳感器的材料特性以及物理設計。除了這些效應之外，由于存在結電容并且需要連接到負載電阻器來測量接收信號，所以光電檢測器還表現出頻率依賴性的傳遞函數（在這個分析中，假定傳遞函數是理想的）。
以下四個示例演示如何設置和測量（使用OptiSystem）PIN和APD強度調制直接檢測（IM-DD）系統的接收機靈敏度，特別是：
量子受限理想PIN光電探測器
熱噪聲受限PIN光電探測器
熱噪聲和散粒噪聲APD的性能
具有光學前置放大的PIN光電探測器
本案例的參考文件是: PIN and APD Receiver Sensitivity Analysis Version 1_0 24 Jan 17.osd.
1.理想光電探測器（PIN）
測試配置如下：位速率：10 Gb / s; 波長= 1550nm; PIN響應度：1 A / W; 暗電流= 0 nA; 序列長度= 1048576。
由于接收機是理想的，它的唯一噪聲源是PIN散粒（量子）噪聲 - 熱噪聲已被禁用。
展開 高溫下長效穩定服役的高性能SiC納米帶光電探測器
【引言】
隨著科技的不斷的發展，探索能在高溫等惡劣條件下穩定服役的光電探測器(PD)，是當前研究的挑戰之一。常規硅半導體基PD的工作溫度通常低于125℃，難以滿足上述應用。碳化硅(SiC)是第三代半導體，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導率以及突出的穩定性，在研發高溫、高壓、高功率和高輻射等苛刻工作環境下服役的光電器件上，優勢顯著。此外，與傳統體材料相比，一維納米結構具有近完美的晶體結構、高比表面積以及與其尺寸相當的德拜長度，且其一維結構能夠強化其載流子輸運，有利于構筑具有高響應度、快速響應速度和高外量子效率(EQE)的PD。
【成果簡介】
近日，寧波工程學院楊為佑教授、北京科技大學侯新梅教授、復旦大學方曉生教授(共同通訊作者)等采用有機前驅體熱解工藝，合成了B摻雜3C-SiC納米帶，實現了以3C-SiC納米帶光電探測器(PD)的研發，相關成果在Adv. Funct. Mater.上發表了題為“High-Performance SiC Nanobelt Photodetectors with Long-Term Stability Against 300 °C up to 180 Days”的研究論文。該PD在405 nm光激發下，具有6.37×105 A·W-1的響應度和2.0×108%的外量子效率，探測率為6.86×1014 Jones。此外，B摻雜3C-SiC納米帶PD在300℃高溫下180天內，展現出良好的長效穩定性。
展開 Optisystem應用：光電檢測器靈敏度建模
<p><br></p><p><br></p><p>任何光接收機的主要工作部件之一是光電檢測器（其將光功率轉換成電流）。根據系統性能目標，可以使用PIN或APD（雪崩光電二極管）光電探測器。</p><p>誤碼率（BER）是用于確定通信傳輸系統可靠性的主要指標，通常與接收機靈敏度值相關聯，該靈敏度值定義必須到達光電檢測器以實現所需BER性能的最小平均光功率。或者，可以從采樣信號統計中計算信道的Q因子，并用于估計系統BER（OptiSystem支持兩種計算方法）。</p><p> </p><p>光電探測器在定義基本通信系統的最終靈敏度方面起著重要作用，因為它以散粒（基于量子）和熱噪聲的形式提供統計擾動。它還引入了暗電流（可以看作是直流噪聲），并且具有定義的響應度（一種測量每單位功率輸入獲得多少電輸出），其取決于入射光的波長和傳感器的材料特性以及物理設計。除了這些效應之外，由于存在結電容并且需要連接到負載電阻器來測量接收信號，所以光電檢測器還表現出頻率依賴性的傳遞函數（在這個分析中，假定傳遞函數是理想的）。</p><p> </p><p>以下四個示例演示如何設置和測量（使用OptiSystem）PIN和APD強度調制直接檢測（IM-DD）系統的接收機靈敏度，特別是：</p><p>量子受限理想PIN光電探測器</p><p>熱噪聲受限PIN光電探測器</p><p>熱噪聲和散粒噪聲APD的性能</p><p>具有光學前置放大的PIN光電探測器</p><p>本案例的參考文件是: PIN and APD Receiver Sensitivity Analysis Version 1_0 24 Jan 17.osd.
展開 
具有高外量子效率和寬光譜響應的有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器
有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有載流子遷移率高、擴散長度長、暗電流密度低、吸收邊緣鋒利等優點, 因而成為用于光電探測的理想材料. 但是, 相對較小的帶隙(1.6 eV)限制了這些材料在近紅外區的光子捕獲效率.
華南理工大學馬東閣課題組利用碘甲胺和鉛-錫二元鈣鈦礦作為探測器的光吸收層, 導電聚合物和富勒烯作為空穴和電子傳輸層, 銦錫氧化物和鋁作為陽極和陰極制備了光電探測器件. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
圖1 有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器的(a)結構，(b ,c)EQE譜，(d)光響應度
實驗結果表明, 當錫的含量達到30%時, 探測器的光譜響應拓寬到
1000?nm.
此外, 我們制備的探測器的光譜響應度達到
0.39?A/W,
歸一化探測率達到
7×10E12?Jones.
器件的外量子效率在350到900 nm范圍內, 均超過50%, 在550 nm處取得最大值, 超過80%.
Yang Y, Yang D, Ma D et al. Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
展開 清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊在二維材料Bi2O2Se控制制備及光電探測方面取得新進展
研究者還發現基于Bi2O2Se的光電探測器顯示出優異的光響應度（2.2 x 104 AW-1）、探測率（3.4 x 1015 Jones）和開/關比（~109），是迄今為止報道的Bi2O2Se和其他二維材料光電晶體管的最好性能之一，表明物理氣相沉積法制備的毫米級二維Bi2O2Se材料在光電器件中具有良好的應用前景。
該研究以“ Controlled vapor-solid deposition of millimeter-size single crystal 2DBi2O2Se for high performance phototransistors”為題在線發表于Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.201807979）。 論文第一作者為TBSI博士后Usman Khan，通訊作者為劉碧錄副教授和成會明教授，論文作者還包括TBSI博士生羅雨婷、唐磊、滕長久和劉佳曼。
【圖文導讀】
圖1.利用物理氣相沉積自限制外延生長法制備的毫米級二維Bi
2
O
2
Se 單晶
圖2.二維Bi2O2Se材料光電探測器及其性能
原文鏈接：Controlled Vapor-Solid Deposition of Millimeter-Size Single Crystal 2DBi2O2Se for High Performance Phototransistors (Advanced Functional Materials, 2019, DOI: 10.1002/adfm.201807979).
展開 一款3A、5.4?、1500V和MOSFET的光電耦合器-3N150
光電耦合元件(Opto-isolator,或optical coupler，縮寫為OC），亦稱光耦合器或光隔離器以及光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合元件是以光作為媒體來傳輸電信號的一組裝置，其功能是平時維持電信號輸入、輸出間有良好的隔離作用，需要時可以使電信號通過隔離層的傳送方式。
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為發光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。
工采網代理的光耦合器 - 3N150由砷化鎵紅外發光二極管和集成的高增益、高速光電探測器組成。該器件采用TO-247和TO-3PF兩種封裝。光電探測器內部配備有法拉第屏蔽，確保了±20 kV/us的共模瞬態抗擾度。3N150適用于適配器或SMPS備用電源的直接柵極驅動電路。
在光電耦合器內部，由于發光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發光二極管不發光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。
展開 繼Nat. Nanotech.后北京大學彭海琳&劉開輝再度合作Nature子刊:新型的超快高敏二維紅
【圖文導讀】
圖1 基于二維硒氧化鉍的光電探測器
(a)二維硒氧化鉍晶體結構示意圖（氧化鉍和硒層交替堆疊）
(b)通過角分辨光電子能譜（ARPES）可觀測到具有超小電子有效質量（~0.14m0）和帶隙（~0.8eV）的硒氧化鉍電子能帶結構
(c)二維硒氧化鉍器件的光學圖像
(d)二維硒氧化鉍器件中的掃描光電壓圖像（c圖虛框區域）
(e)d圖虛線區域的光電壓線掃圖像
(f)不同入射光子能量下的光電壓線掃光譜圖
(g)硒氧化鉍的光吸收強度和光電壓與入射光子能量的關系
圖2二維硒氧化鉍的光響應性能
(a)在1200nm和1500nm波長處的光響應性能
(b)在1200nm波長處光響應性能與輸入功率以及偏壓的相關性
(c)基于不同二維材料（硒氧化鉍、石墨烯、黑磷和過渡金屬硫化物）的光電探測器的本征響應性能比較
圖3 二維硒氧化鉍光電探測器的時間分辨光電流能譜
(a)超快脈沖間的光電流與延遲時間的函數關系
(b)不同泵浦功率下的硒氧化鉍光電探測器的本征響應時間
圖4 二維柔性硒氧化鉍光電探測器陣列
(a)柔性基底上二維硒氧化鉍光電探測器及其陣列
(b)二維硒氧化鉍光電探測器可在空氣中維持至少5周的穩定光響應性能
(c)單像素成像過程示意圖
(d)二維硒氧化鉍單像素光電探測器拍攝的室溫紅外圖像
(e)二維硒氧化鉍光電探測器多像素陣列的光學圖像
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