CN111668327A - 一种新型电容式光电探测器 - Google Patents
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Abstract
一种新型电容式光电探测器，涉及光电探测器领域。包括：第一电极板、第二电极板和光吸收部。光吸收部设于第一电极板和第二电极板之间，第一电极板和第二电极板二者同光吸收部之间均具有间隙。光吸收部包括至少两组光电效应单元，光电效应单元由能够独立发挥光电效应的材料制成。其结构简单，具有更高的效应速率，有助于提升系统的整体灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，具体而言，涉及一种新型电容式光电探测器。
背景技术
现有的光电探测器在使用过程中仍然存在效应速率低的问题，这直接影响了在使用场景中整体的运行效率，对进一步提升系统灵敏度，提升运行效率构成了阻碍。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种新型电容式光电探测器，其结构简单，具有更高的效应速率，有助于提升系统的整体灵敏度。
本发明的实施例是这样实现的：
一种新型电容式光电探测器，其包括：第一电极板、第二电极板和光吸收部。光吸收部设于第一电极板和第二电极板之间，第一电极板和第二电极板二者同光吸收部之间均具有间隙。光吸收部包括至少两组光电效应单元，光电效应单元由能够独立发挥光电效应的材料制成。
进一步地，光电效应单元之间呈连续设置。
进一步地，沿由第一电极板指向第二电极板的方向，光电效应单元的厚度均相同。
进一步地，光电效应单元为pn结。
进一步地，沿由第一电极板指向第二电极板的方向，光电效应单元的p型半导体的厚度同n型半导体的厚度相同。
进一步地，沿由第一电极板指向第二电极板的方向，光电效应单元的p型半导体的厚度同n型半导体的厚度之比为1：2.8125。
进一步地，沿由第一电极板指向第二电极板的方向，光电效应单元的厚度大于或等于50nm。
进一步地，第一电极板和第二电极板平行设置。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的新型电容式光电探测器在工作过程中，第一电极板和第二电极板构成了电容器结构，在第一电极板施加低电平，在第二电极板施加高电平。由于设置了光吸收部，当有入射光信号时，光吸收部会产生载流子，载流子在电场的作用下发生迁移，载流子的迁移增大了由第一电极板和第二电极板构成的电容器的电容，进而会产生一个充电电流，从而实现了从光信号到电流信号的转变，实现对光信号的探测。
其中，由于光吸收部由至少两组光电效应单元构成，沿导通方向(或者是沿由第一电极板指向第二电极板的方向)，每个光电效应单元的长度比光吸收部的长度更小，在第一电极板和第二电极板之间的距离保持不变的情况下，每个光电效应单元的长度更是小于第一电极板和第二电极板之间的距离。换句换说，我们利用设置之上两组光电效应单元的方式将光吸收部划分为了长度更小且相对独立的功能单元，对于在光响应过程中产生的载流子而言，其在电场作用下需要漂移的平均路程变短了，从而缩短了载流子完成迁移所需的时间，进而提高了新型电容式光电探测器整体的响应速率。新型电容式光电探测器整体性能的提高，对于光线网络系统的整体运行效率的提升具有积极意义。
总体而言，本发明实施例提供的新型电容式光电探测器结构简单，具有更高的效应效率，有助于提升系统的整体灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的新型电容式光电探测器的结构示意图。
图标：新型电容式光电探测器1000；第一电极板100；第二电极板200；光吸收部300；光电效应单元310。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1，本实施例提供一种新型电容式光电探测器1000，新型电容式光电探测器1000包括：第一电极板100、第二电极板200和光吸收部300。
光吸收部300设于第一电极板100和第二电极板200之间，第一电极板100和第二电极板200二者同光吸收部300之间均具有间隙。光吸收部300包括至少两组光电效应单元310，光电效应单元310由能够独立发挥光电效应的材料制成。
在本实施例中，第一电极板100为阴极，第二电极板200为阳极。具体的，第一电极板100和第二电极板200均由导电金属材料制成。
本申请的发明人研究发现：影响光电探测器在使用过程中效应速率的一个主要原因是在光响应过程中产生的载流子在电场作用下需要漂移的平均路程的长短。
新型电容式光电探测器在工作过程中，第一电极板100和第二电极板200构成了电容器结构，在第一电极板100施加低电平，在第二电极板200施加高电平。由于设置了光吸收部300，当有入射光信号时，光吸收部300会产生载流子，载流子在电场的作用下发生迁移，载流子的迁移增大了由第一电极板100和第二电极板200构成的电容器的电容，进而会产生一个充电电流，从而实现了从光信号到电流信号的转变，实现对光信号的探测。
其中，由于光吸收部300由至少两组光电效应单元310构成，沿导通方向(或者是沿由第一电极板100指向第二电极板200的方向)，每个光电效应单元310的长度比光吸收部300的长度更小，在第一电极板100和第二电极板200之间的距离保持不变的情况下，每个光电效应单元310的长度更是小于第一电极板100和第二电极板200之间的距离。换句换说，我们利用设置之上两组光电效应单元310的方式将光吸收部300划分为了长度更小且相对独立的功能单元，对于在光响应过程中产生的载流子而言，其在电场作用下需要漂移的平均路程变短了，从而缩短了载流子完成迁移所需的时间，进而提高了新型电容式光电探测器1000整体的响应速率。新型电容式光电探测器1000整体性能的提高，对于光线网络系统的整体运行效率的提升具有积极意义。
总体而言，新型电容式光电探测器1000结构简单，具有更高的效应效率，有助于提升系统的整体灵敏度。
进一步地，在本实施例中，光电效应单元310之间呈连续设置。需要说明的是，根据使用需求的不同，可以灵活改变光吸收部300的光电效应单元310的数量。在第一电极板100和第二电极板200之间的距离保持不变时，一般情况下，光电效应单元310的数量越多，每个光电效应单元310的长度越短，在光响应过程中载流子在电场作用下需要漂移的平均路程也更短，从而载流子完成迁移所需的时间也可以进一步缩短，新型电容式光电探测器1000整体的响应速率得到进一步提高。需要注意的是，当光电效应单元310的数量足够多时，光电效应单元310的厚度会变得足够小，为了避免发生被击穿的问题，我们一般将光电效应单元310的厚度控制在大于或等于50nm。
进一步地，在本实施例中，沿由第一电极板100指向第二电极板200的方向(或者是沿导通方向)，光电效应单元310的厚度均相同。
具体的，本实施例中，光电效应单元310采用的是pn结，但并不局限于此，能够用于光电探测的其他光电效应光吸收材料也可以采用。
在本实施例中，沿由第一电极板100指向第二电极板200的方向，光电效应单元310的p型半导体的厚度同n型半导体的厚度相同。每个光电效应单元310的p型半导体均位于其n型半导体的靠近第一电极板100的一侧。
在本发明的其他的实施例中，也可以将p型半导体的厚度同n型半导体的厚度之比设置为1：2.8125。由于载流子在p型半导体和n型半导体当中的传输速率不同，在p型半导体当中的主要载流子为空穴，n型半导体当中的主要载流子为电子，电子和空穴具有不同的迁移速率。以在硅中为例，电子的迁移率为1350cm2/(vs)，而空穴的迁移率仅为480cm2/(vs)，电子的迁移速率约为空穴的2.8125倍。因此，载流子的传输时间往往是由空穴的载流子传输时间所决定的。根据空穴和电子迁移速率的不同，可以按照迁移速率的反比来设置p型半导体和n型半导体长度比例，从而使迁移效率折中至最优，也就是，我们设置p型半导体和n型半导体的长度比为1：2.8125，可以使等量的电子和空穴在p型半导体和n型半导体中迁移，从而进一步缩短迁移时间，进一步提升迁移效率，提高新型电容式光电探测器1000的相应效率。此外，由于载流子分布更加均匀，有助于进一步提升带宽，同时提升新型电容式光电探测器1000的整体稳定性和可靠性。
进一步地，回到本实施例中，第一电极板100和第二电极板200平行设置。
新型电容式光电探测器1000的工作原理是：新型电容式光电探测器1000的光吸收部300采用多层pn结结构，当第一电极板100和第二电极板200的距离一定时，光吸收部300厚度一定时(假设厚度为a)，若光吸收部300整体为1个pn结结构，在光响应时产生的载流子在电场作用下漂移的平均路程为a/2，也就是从p区中心到n区中心的距离。而对于本实施例中的多个pn结结构而言，其光响应时产生的载流子在电场作用下漂移的平均路程为a/(2*pn结层数)，从而减短了载流子的平均迁移路程，进而提高了响应速率。
需要说明的是，采用多个pn结结构的响应度并不会降低，其多个pn结结构对电容的改变量等于1个大尺寸pn结电容的改变量。本质上而言，该结构将部分载流子迁移的路程转变为电场传播的路程，从而提高了响应速度。
综上所述，新型电容式光电探测器1000结构简单，具有更高的效应效率，有助于提升系统的整体灵敏度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型电容式光电探测器，其特征在于，包括：第一电极板、第二电极板和光吸收部；所述光吸收部设于所述第一电极板和所述第二电极板之间，所述第一电极板和所述第二电极板二者同所述光吸收部之间均具有间隙；所述光吸收部包括至少两组光电效应单元，所述光电效应单元由能够独立发挥光电效应的材料制成。
2.根据权利要求1所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，所述光电效应单元之间呈连续设置。
3.根据权利要求1所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，沿由所述第一电极板指向所述第二电极板的方向，所述光电效应单元的厚度均相同。
4.根据权利要求1所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，所述光电效应单元为pn结。
5.根据权利要求4所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，沿由所述第一电极板指向所述第二电极板的方向，所述光电效应单元的p型半导体的厚度同n型半导体的厚度相同。
6.根据权利要求4所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，沿由所述第一电极板指向所述第二电极板的方向，所述光电效应单元的p型半导体的厚度同n型半导体的厚度之比为1：2.8125。
7.根据权利要求4所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，沿由所述第一电极板指向所述第二电极板的方向，所述光电效应单元的厚度大于或等于50nm。
8.根据权利要求1所述的新型电容式光电探测器，其特征在于，所述第一电极板和所述第二电极板平行设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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