1.2 国内外研究现状和发展趋势

 1.3 本文的主要内容

（1）主要介绍了PSD作为一种位置探测器，因其高速度、高分辨率、信号处理

     简单等优点，在各个领域具有广泛的应用。

（2）从理论方面深入分析了PSD的原理以及一些产品参数。

（3）陈述了PSD的信号处理电路，并研究了消除背景和暗电流的方法。

（4）根据PSD广泛的应用，举例说明了它在各个领域的重要性。

第二章  位置敏感探测器理论依据及参数

位置敏感探测器（PSD）与一般的光电二极管类似，但是区别在于它的工作原理是基于p-n结或肖特基结的横向光电效应，而一般光电二极管是基于p-n结的纵向光电效应。一般光电二极管入射光的大小强弱是通过光电流来体现的，通常用作控制器件或光电转换器件，但是PSD不单单可以实现光电转换，还可以实现光电流的分配，这也是它的主要用途，依据电极和分流层的参数，可以确立入射光斑的位置。简单的讲，PSD比一般的光电二极管更复杂，工作更加具体化，从而理论也更加深入化。当中，最重要的是Lucovusky方程，这个方程是依据电荷守恒定律，从pn结载流子的扩散原理引出来的，方程的解即是PSD的理论基础。论文网

2.1 半导体的两种光电效应和光吸收

2.1.1 光吸收

半导体在经过光照射后，会产生多种吸收，主要有回旋共振吸收、等离子吸收、激子吸收、点阵吸收、自由载流子吸收、杂质吸收、本征吸收等，原因在于半导体中电子、激子、杂质等的相互作用，这当中，最主要的3种吸收是本征吸收、杂质吸收和自由载流子吸收。

半导体吸收能量后可以产生光生载流子，即电子或空穴得到能量后形成的自由电子或自由空穴。电子从价带跃迁到导带成为自由电子，会引起吸收，这种吸收称为本征吸收，而留下的部分形成电子空穴对，只有能量大于半导体禁带宽度的光子才可以跃迁，故而本征波长λ0=hc/Eg=1.24/Eg。另外，在跃迁的过程中还存在间接跃迁，因为跃迁要满足动量守恒和能量守恒，电子吸收光子之后，会与晶格互换能量，致使波矢量k发生变化，即间接跃迁。波矢量不变的跃迁称为直接跃迁，但在实际操作中，间接跃迁因其几率很小，远远小于直接跃迁。图2.1.1是硅光波长与本征吸收系数之间的图像关系，通过计算可知λ0=1.1μm时，是本征吸收的临界点，伴随光子能量的不断增加，光波长越来越小，之后图像显示，到达一段平滑的位置后又开始迅速增加，前者代表间接吸收，后者代表直接吸收。

  Si的波长与吸收系数之间的关系

电子除了正常跃迁外，还可以跃迁到杂质能级，或者从杂质能级跃迁到导带，同样也可以产生光吸收，对比本征吸收，同样也存在一个λ0=hc/E。除此之外，还有红外吸收，它是自由载流子在同一能带跃迁而产生的，即自由载流子吸收。文献综述

2.1.2 p-n结中的纵向光电效应以及光电转换

在p-n结的形成过程中,由于空穴浓度p区高于n区,电子浓度n区高于p区,在界面附近形成了电子和空穴的浓度梯度,导致空穴从p区向n区、电子从n区向p区的扩散运动,结果,在结与p区界面处出现了一个由电离受主构成的负电荷区,在结与n区界面处出现了一个由电离施主构成的正电荷区,即空间电荷区,在空间电荷区中形成由n区指向p区的内建电场,载流子在内建电场的作用下作漂移运动。随着扩散运动的进行,空间电荷逐渐增多,空间电荷区逐渐扩展,同时内建电场逐渐增强.载流子的漂移运动也逐渐加强。在无外加电压的情况下,载子的扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡,p-n结处于平衡状态,此时p-n结的费米能级处处相等,能带图如图2.1.3(a).平衡p-n结的空间电荷区两端间的电势差VD为接触电势差,相应的电子电势能之差即能带的弯曲量qVD为p-n结的势垒高度。