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光电探测器是能够将光信号转化为电信号的器件，通常都是通过光电效应进行直接转化。其也通过其他信号进行间接转化，比如光-热-电，光-磁-电，光-声-电等。光电探测器广泛应用于通信、成像、传感和医学诊断等领域。
1. 按照波长分类
光电探测器按照波长可以分为可见光探测器，红外探测器，紫外探测器，X射线探测器、高能粒子探测器等。
可见光探测器
其中可见光波段的范围是400-700nm，在消费类产品最为常见，比如我们常用的照相机就是基于CMOS图像传感器的。可见光探测器一般选用硅作为吸收层，因此多为硅基探测器，主要有PN结型，PIN型，APD型探测器。其中图像传感器的像素多基于PN结型，单点探测器多基于PIN和APD结构。
紫外光探测器
紫外线（UV）其波长范围为190-380 nm，处于人眼不可见的辐射波段。在太阳所放射的辐射光谱中，紫外线在穿越地球的大气层时，会因大气中的氧气、臭氧、水分等物质的吸收和散射而被大幅削弱，其中波长低280 nm的紫外线几乎完全被大气层所散射和吸收。其中，波长低于280nm的不能透过大气层，几乎被吸收，被称为“日盲波段”。日盲波段的利用可以可以在全日光下，排除背景的干扰，实现低误报，高信噪，强抗干扰的探测，在军工民用领域都有重要应用。
紫外光电探测器在空间探索、生物医学、环境检测、半导体制造、过程监控、通信和成像等许多领域都有重要应用。目前商用紫外探测器除了传统硅基外，还有一大部分是基于宽禁带半导体，比如第三代半导体，GaN，SiC，以及氧化镓。硅基虽然有工艺成熟度高，产业成熟，成本低等优势，其可以实现紫外探测，但是其吸收效率相比其在可见低，因此近年也有很多关于硅基紫外增强的工作开展。
同时，科学家们也还在持续探索新型材料（比如复旦大学方晓生等提出可以将2D Ca2Nb3O10纳米片用于UV探测器）和新型器件（南京邮电大学薛俊俊、汪金副教授研究组和南京大学陈敦军教授团队合作，提出了基于p-AlGaN/n-GaN纳米线结构的光伏效应的光电化学型紫外探测器PEC UV PDs）用于紫外探测的可能性。新材料和结构的探索可以有望提升紫外探测器的性能，降低成本，扩大应用场景。比如有机材料，氧化物材料等薄膜材料，这类材料有望实现非硅基的薄膜柔性探测器，从而扩大应用场景。
除了寻找高紫外波段吸收效率的材料作为吸收层，制备直接探测器外，还可以选择高紫外波段吸收材料作为中间层，将紫外光转换为可见光进行探测。这一类探测器也叫间接探测器，在X射线等高能波段比较常用（间接探测部分后续会在X射线和高能粒子部分展开说。）。最近浏览网页看到Quantum Solutions公司就是借助这一思路，通过具有下转换作用的量子点层制备在图像传感器上层，实现UV-VIS转换。
Quantum Solutions公司是一家专注于量子点技术应用的公司。该公司致力于开发量子点的平台化解决方案，并将其应用于CIS，photodetector 等光电器件中，使其相比传统CIS ，PD解决方案展现出更高性能和更多功能。有意思的是，该公司官网目前展示两个应用，一个是上图UV Sensor，一个是SWIR Image Sensors。量子点用于SWIR这个并不奇怪，之前文章中也提到过imec等公司在这领域的研究。
对应还有一个相机产品，据介绍Emberion的第一代VIS-SWIR VGA（640 x 512像素）相机由基于纳米材料的光电探测器阵列组成，与Quantum Solutions的QDot™量子点相结合。量子点被单片地集成到定制的CMOS ROIC上，并具有低噪声性能。该相机的主要优势之一是其优越的响应范围。该相机能够在可见光（400nm）到短波红外（2000nm）波长的广泛光谱范围内运行，帧率高达100 fps，并具有高动态范围。下一代旨在达到400 fps。光电探测器结构可以简化，从而降低相机成本并提高可扩展性。
红外光探测器
红外探测器在军事、医疗、工业生产、航空航天，民用等领域都有关键作用，已广泛应用于太空监视系统、弹道导弹发射探测系统、非接触式温度测量、运动传感器、红外光谱学、夜视设备、弹头寻址系统、全息信息记录和处理系统等的基础。
根据工作原理和材料体系的不同，红外光探测器可以分为以下几种主要类型：
热敏探测器：主要包括热电偶、热电阻、其工作原理是基于红外光照射下产生的温度变化来产生电信号。
光电探测器：主要包括光电二极管、光电导、光电阵列等，其工作原理是基于光电导和光生伏特效应。
热电探测器：主要包括热电堆和辐射热计探测器，其工作原理是基于热敏材料在红外光照射下产生的温度变化引起的热电效应。
红外探测器按照是否低温工作分为制冷型和非制冷型，其中制冷型一般为光电探测性，非制冷型一般为热电型。制冷型具有高响应速度，高响应度、高信噪比等性能优势，常用于军工，科研、高端民用等领域。非制冷型无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低等优点，在民用领域应用广泛。
《Infrared detector》这本书中给出了各种红外探测器的对比，总的来说热探测器主要问题还是性能上灵敏度低，信噪比低，优势在于成本低、无需制冷。而光电型探测器多基于制冷，难以实现室温工作。量子阱型主要问题在于在于制作工艺复杂，优势是可以实现多色探测。量子点的生长和工艺成熟度上还有待发展。
当然随着技术的发展，人们也在不断探索高性能非制冷型红外探测器。近日在Nature上就发表了一款常温工作的非制冷型Si-Ge红外探测器。
说回热探测器。红外热探测器和红外热电探测器是两种常见的红外光探测器。热探测器和热电探测器的总结如下表所示。红外热探测器利用物体在红外波段的热辐射来实现温度测量或热图像的获取。其工作原理是通过接收物体所发出的红外辐射，并将辐射转换为电信号。热电探测器是基于热电效应，其工作原理是基于材料在光照射下产生温度变化时产生的热电压或热电流。
近年来发展最多最快的还是光电型红外探测器，伴随着新材料新结构的探索，光电红外探测器向着非制冷、宽波段、高性能、微型化、智能化方向发展。
光电型红外探测器常见的材料体系和应用场景总结如下表。
红外探测器的器件种类比较多。传统红外探测器按照材料分类包括:
- 碲镉汞（HgCdTe）：碲镉汞是最常见和广泛应用于红外探测器的材料之一。通过调节汞和镉的比例，可以实现碲镉汞材料在不同波长范围内的探测。铟砷磷化镉（InAsSb）：铟砷磷化镉是另一种常用的红外探测器材料，主要用于MWIR和LWIR区域。
- 铟磷化镉（InP）：铟磷化镉在SWIR和近红外区域具有良好的性能，被广泛应用于光通信、激光雷达等领域。
- Si：硅在红外波段的透过率较低。需要通过特殊处理或结构设计，才可用于近红外波段探测。
- InPb：钋化铟是一种窄带隙材料，常用于制备中波红外探测器。
- 铟磷化镉铟（InGaAs）：铟磷化镉铟是一种复合材料，可用于制备近红外和短波红外探测器。
- 铟锑化铟（InSb）：铟锑化铟是一种狭带隙材料，常用于制备短波红外探测器。
除了传统探测器外，随着新材料新结构的发现，近年还诞生了一批新型红外探测器，比如量子点IR探测器，石墨烯IR探测器等。
除了选择高红外吸收的材料外，目前还有各种实现红外吸收增强的人造结构，比如限光结构，plasmonic结构，光子晶体结构，FP腔增强结构等。
HgCdTe是一种比较理想的红外探测材料，是由汞镉元素以不同比例混合而成的化合物，其比例的变化可以调节其能带结构，使之适应不同的红外波长范围。碲镉汞材料具有优异的光电特性，包括高灵敏度、快速响应速度、宽波长范围、低噪声等特点，因此在红外探测器领域得到广泛应用。通过组分调节，可以实现1~16+ um的红外吸收，此外其还具有载流子浓度高，迁移率高等优点。此外随着组分改变，其晶格常数几乎不变，适用于制备多层异质结等。近年来，国内外在碲镉汞红外探测器上取得诸多进展，实现了从单点探测器到线阵探测器，面阵探测器到百万像素级大面阵探测器，单色探测器到多色探测器的发展。
量子点红外探测器是一种基于量子点材料作为主要吸光层的红外光探测器。其优点在于波段选择性高，范围大，可通过组分调节进行调控，缺点是目前工业化工艺不成熟，响应速度慢，稳定性差。
红外探测器内容有点多，下次再好好整理一下~
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