双面Si条两维位置灵敏探测器的研制共23页文档
PSD位置敏感探测器（Position-SensitiveDetector）应用与研究现状
PSD位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector)应用与研究现状1PSD介绍 (1)1.1 PSD的应用 (1)1.2 PSD 的国内外发展现状 (1)2多光束同步检测 (2)2.1 循环点亮光源法 (3)2.2 幅度检测法 (4)2.3 相位检测法的研究意义 (4)1PSD介绍1.1 PSD的应用位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector)是一种基于横向光电效应探测光点重心位置坐标信息的半导体器件，具有分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点，特别适用于位移、距离、角度以及可以间接转化为光点位置或位移的其他物理量的非接触高精度快速测量及准直测量。
目前已广泛应用于工件的位移、尺寸、表面状态及振动、偏心、间隙、冲程等运动状态的在线检测，空间三维位姿检测，机器人测距（替代超声视觉传感器）等方面。
海军用PSD准直仪相对潜艇惯性导航系统的参考轴调整潜艇的导弹发射系统。
国内有科研机构用PSD检测导弹陀螺仪自转扰动角的大小，以改进导弹性能。
由于可以同时给出位置和光强信息，PSD也是宇宙射线谱仪的核心组成部分，可用于测量宇宙射线及太阳射线中的粒子和同位素。
日本滨松公司开发的二维弱光探测器用于捕捉光子，由PSD输出位置信息，可用来拍摄星云照片。
英国牛津大学以及法国里昂大学分别利用PSD器件结合计算机技术成功研制出可以进行纳米级离子位置定位的原子显微镜3DAP(Three Dimensional Atom Probe)，能确定导体材料中原子的质量和位置，在纳米级空间内观察原子的分布。
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室也成功地应用PSD技术研制了性能先进的卧式原子力显微镜（AFM）。
PSD还可用在质量分析仪上鉴别带电粒子的种类，用在光分析仪观察生物发光等。
1.2 PSD 的国内外发展现状1930年，Schottky将Cu-Cu2O金属半导体结的Cu2O表面边缘的Au电极通过安培表短接于Cu层，发现当用一束光照射Cu2O表面时，外电流随光入射位置与电极之间的距离的增加指数下降，这是横向光电效应的首次发现。
PSD位置传感器资料
I2
=
1 (1+ 2
2 L
x A ) I 0 ----------（2）
I1 = L − 2x A I 2 L + 2x A
----------（4）
I1
=
L − xB L
I0
----------（5）
I2
=
xB L
I0
-----------（6）
I2 − I1 = 2xB − L ----------（7）
图5 5 转换公式
PSD 光敏面上光点位置可由如下公式得出：这里 X1 和 X2 代表每一电极输出信号（光电 流），x 是光点位置坐标。
X 2 − X1 = 2x X1 +X2 L
图6
２
图7 ６ 电路
图 8 是 1D-PSD 直流处理 电路原理图。Vr 是偏置电压。
( X 2 + Y1 ) − ( X 1 + Y2 ) = 2x
I1 + I 2
L
I1 = L − 2x B
I2
xB
----------（8）
由公式（3），（ 4），（7），（8）显示 ，不同的比率可得出相应的与光能量无关的入射光点
的位置。
3 一维 PSD
PSD 分两种类型：一维 PSD（称 1D-PSD）和两维 PSD（称 2D-PSD）探测器，图 3a 是
1D-PSD 的结构图。
层组成：P 型层在表面，N 型层在另一面，I 层在它们 中间。落在 PSD 上的入射光转换成光电子后由 P 型层 上两端电极探测并形成光电流。
图1 2 原理
当一束光落在 PSD 上，相应于光能量的电荷在入 射点产生，电荷通过 P 型电阻层被电极收集。P 型层 是均匀一体的电阻层，被电极收集到的光电流与入射 点和电极间距成反比。
位置敏感探测器的发展状况及应用研究
科技情报开发与经济
文章编号：０５６３ （０６２— １３ ０ １０—０３２０ ）４０ ８—３
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ－Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ ＣＮ Ｍ
２０ ０６年 第 １ ６卷 第 ２ ４期
半导体激 光 自 动测量仪 。 哈尔滨科技大学袁峰报 道了位置敏感器 １Ｄ应 ） Ｓ 用 系统设计 ， 袁雅珍报道 了位置敏感器 ＰＤ特性及其在三角测量中的应 Ｓ
用， 史建鹏报道了一种新型的位置敏感器 Ｐ Ｄ检测元件等。 Ｓ Ｐ Ｄ测试系统 的进展 主要表现在两 个方 面 ： ｓ 一是 Ｐ Ｄ器 陛能 的提 Ｓ 高 ： 年来 Ｐ Ｄ的 研究 已有 进展 ， 近 Ｓ 分辨 率大 大提 高 ， 已有分 辨率高 达 ５ ｍ的 ＰＤ的研究报道 ， Ｓ 线性度和稳定度也有改善 。 二是计算机技术及新
着科学技术 的快速 发展 维空间位 、 高能物理等技术 领域及兵器 制导和跟踪 中
具有独到之处 和广泛应用 。我国的光电子技术与 国际差距很小 ， 大力 发 展光 电子产业 ． 加快光 电子技术研 究开发 ， 实现我 国的光电子技术跨 对
的信号处理技术的研究与应用 ：利用微机或单片机 可简化 电路设计 ， 使
越式发展 ， 推动社会经济发展快速稳定增长有积极作用。
Ｊ Ｐ Ｄ的 国 内外 发展 状况 Ｓ
早在 １３ 年，ｃｏｋ 将 Ｃ — ｕ ９０ Ｓｈｔｙ ｔ ｕｃ ２ ｏ金属半导体结的 ｃ ’ ｕ ｏ表面边缘 的 Ａ 电极通过安培表短接 于 ｃ 层， ｕ ｕ 发现当用一束光照射 ｃ 表面时 ， ｕ 外电 流随光入射位置与电极之间的距离的增加指数下降， 这是横向光电效应的 旨 发现。直到 １５ 年 ｗａｍ ｒ在圆形 Ｃ —＋ 结上重新发现 了这个效 次 ９７ ｌａ ｌ ｋ － ｐｎ ｅ 应， 发现当光斑在器件上移动时 ， 型层上两个相距 ｌｌ 的点电擞之间的 ｎ ｎ Ｉｌ Ｔ 电势差与光斑位移成比例 ， 他用载流子复合理论对此现象进行 了解释 。 并 提出可 以利用此来检测光点 位置 ． 才真 正开始了对 ＰＤ的研究 。 此后 ｓ １６ 年 Ｌｃｖｓ 推导 出描述横 向光电效应 的 Ｌｃｖｓｙ ９０ ｕｏ ｋ ｕｙ ｕｏｕｋ 方程 ， 从而 奠定了 Ｐ Ｄ的理论基础。Ａｌ 等研 究了用硅 材料 制作 的圆形 Ｐ Ｄ的特 Ｓ １ｎ ｅ Ｓ 性 ，ｉｅ等制作并研究了方形结构 的 Ｐ Ｄ 这个时期制作的 Ｐ Ｄ被称为 Ｆｒ ｅｔ Ｓ， Ｓ Ｌｃｖｓｙ Ｐ Ｄ其特点是 电极设计为点状 ， ｕｏｕ 型 Ｓ ， ｋ 使用时不加偏置， 灵敏度 、 响 应速度和线性 度等都比较差 。Ｏ ２ 世纪 ７ 年代 ， Ｏ 为了提高 Ｐ Ｄ的性能 。 Ｓ 设计 了四横 向结构 Ｐ Ｄ 电极设计成条形 ， Ｓ， 使用时加 反向偏压， 各项性能指标均
Si_PIN硅条带探测器的电子学测试
第27卷 第2期核电子学与探测技术V ol.27 N o.22007年 3月Nuclear Electr onics &Detection T echnolo gyM ar ch 2007Si PIN 硅条带探测器的电子学测试邹 鸿1,陈鸿飞1,邹积清1,宁宝俊2,施伟红1,田大宇2,张 录2(1.北京大学空间物理与应用技术研究所;2.北京大学微电子所北京100871)摘要:采用电子学等效方法对所研制的Si PIN 条带探测器的基本性能进行测试。
SiPI N 条带探测器是在一个硅基片上刻蚀多个条带探测器,常用于空间探测中的粒子方向测量。
介绍了对Si PI N 条带探测器电子学等效测试方法和结果,重点探讨了条带之间的串扰问题。
关键词:硅条带探测器;空间粒子探测;耗尽电容;条间串扰中图分类号: T L814 文献标识码: A 文章编号: 0258 0934(2007)02 0170 04收稿日期:2005 12 11基金项目:国家自然科学杰出青年基金资助(40425004)作者简介:邹鸿(1975 ),男,四川人,博士,北京大学空间物理与应用技术研究所博士后,从事空间物理与空间探测的研究硅条带探测器阵列具有位置分辨率高,处理速度快等优点,被广泛用于高能物理实验中[1 3],另外还可用于X 射线和 射线成像。
根据其良好的位置分辨率,它还被用于探测空间粒子的投掷角分布[4]。
由于空间粒子辐射是各向异性的,投掷角测量对认识空间粒子分布和研究空间物理过程非常重要。
在欧空局的CLU STER 星簇计划中的IES (Im ag ing Elec tro n Spectrom eter 成像电子能谱仪)中,有三个相同的针孔相机组成探头。
每个针孔相机覆盖60 的极角扇面,且在焦面上放置硅条带探测器测量更细的扇角,如图1所示。
整个探头可以覆盖180 极角扇面,随着卫星自转扫过360 方位角,因而可以进行全方位成像探测。
双鉴探测器的设计要点品鉴
双鉴探测器的设计要点可靠，是集成探测器(双鉴)最重要的因素。
为保证集成探测器的可靠性，可采用多种技术，如可采用在光学技术领域中被称为"四元防区逻辑"的标志性专业技术，以及结合最新的微波技术MAST (Microwave Area Shaping Technology，微波区域成形技术)；除此之外，还需要根据客户需求，使探测器的安装方便而简易，从而避免由于安装不当而引起的误报及探测不到闯入。
具体请看下文的进一步阐述。
微波探测原理微波探测的原理是探测器持续发射微波，并接收反射回的微波信号。
当探测区内的目标移动时，原发射信号与反射的信号之间会有频率差异，通常称为多普勒效应。
探测器的灵敏度取决于目标的移动速度、大小、反射能量的多少以及与探测器的距离。
探测器会根据频率改变的大小来生成相应强度的探测信号。
一般而言，探测信号的强弱取决于目标的大小以及与探测器的距离。
目标越大，距离越短，生成的探测信号就越强。
除此以外，微波灵敏度与目标移动的速度也紧密相关，效果如图1所示：目标缓慢移动时，微波传感设备生成低频信号，目标快速移动时则生成高频信号；当目标移近或远离探测器时，也会发生相同的情况：斜向移近或远离探测器生成的频率会比直线移动生成的频率信号低，因为斜向接近或远离探测器的速度更慢。
图2所示为两个正以相同速度移动的目标，走直线距离A ，生成频率高的信号，走斜线距离B，生成频率低的信号。
根据以上频率特性，可专门设计了信号处理电路，以取消可能由于人体移动而引起的频率极高或极低的信号。
根据此设计，灵敏度也就取决于移动速度。
一般而言，传统微波探测器在水平移动方面的探测力较弱。
而OPTEX的双鉴探测器还针对各种运动方向的人体移动进行优化设计，以实现良好的探测性能。
PIR原理PIR技术的基本原理是探测并接收移动物体与背景之间的红外能量变化。
探测器的灵敏度取决于目标与背景的温差、目标相对于背景的表面面积、目标的表面面积、目标的速度以及与探测器的距离，如图3所示。
PSD位置传感器资料
L
I1 = L − 2x B
I2
xB
----------（8）
由公式（3），（ 4），（7），（8）显示 ，不同的比率可得出相应的与光能量无关的入射光点
的位置。
3 一维 PSD PSD 分两种类型：一维 PSD（称 1D-PSD）和两维 PSD（称 2D-PSD）探测器，图 3a 是
1D-PSD 的结构图。
Байду номын сангаас
４
响应时间 工作温度
2μs -10～60℃
● PSD-4343（2D-PSD）
有效光敏面
43×43mm
分辨率
5μm
光谱响应范围 380～1100nm
响应时间
5μs
工作温度
-10～60℃
可提供技术询问及支持，欢迎与我们联系 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 联系人：温永达 手 机 ： １３７６０１５４９５６（深圳） １５８１０５８４６３９（北京） ＴＥＬ：０７５５－３３８６８４７９ ＦＡＸ：０７５５－３３８６８４７９ ＱＱ：５１８４１３９１ ＭＳＮ：ｊｉａｈａｏ２１００＠ｔｏｍ．ｃｏｍ Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｈａｏ２１００＠１６３．ｃｏｍ 地址：深圳宝安区龙华民治沙元埔村 ６４ 栋 ５０３ 室 淘宝店：ｈｔｔｐ：／／ｊｉａｈａｏ２８８８．ｔａｏｂａｏ．ｃｏｍ／
光谱响应范围 380～1100nm
响应时间
0.8μs
工作温度
-10～60℃
●PSD-2121（2D-PSD）
有效光敏面
21×21mm
分辨率
2μm
光谱响应范围 380～1100nm
响应时间
1μs
工作温度
冷中子小角散射谱仪的二维位置灵敏探测器的重新安装、测试
6′,入射中子波长λ= 1.159×10-10m。
中子衍射数据用Rietv eld峰形精修方法的PU LLPROF计算机程序进行拟合。
拟合时,以ThM n12结构(空间群为I4/M MM)为基础,其中Pr占据2a晶位,Fe和Mo有8i,8j和8f三个晶位可以占据,C可能进入8i,8j或8f替代晶位或进入间隙晶位。
由于在这种四方对称结构中磁矩在x和y方向是等价的,故对易磁化方向为易面的磁结构仅拟合x方向的磁矩M x。
表1 PrFe10.5Mo1.1C0.4样品的中子衍射研究结果元素晶位x y z占位数M x/μB M y/μB M z/μBPr2a0.00000.000.00 2.00 1.430.000.00Fe8i0.35950.000.00 5.15 1.560.000.00M o8i0.35950.000.00 2.500.000.000.00C8i0.35950.000.000.350.000.000.00Fe8j0.27360.500.008.00 1.490.000.00Fe8f0.25000.250.258.00 1.490.000.00C2b0.00000.000.500.110.000.000.00注:a=b=8.581×10-10m;c= 4.777×10-10m;R p= 6.99%,R w p=7.62%,R N= 2.98%,R M= 6.39%;T-Fe含量:5.08%从表1可以看出,M o择优占据ThM n12结构的8i晶位,而约76%的C择优占据8i晶位, 24%的C进入2b间隙晶位。
C的占位情况与YFe11TiC0.3,Er Fe11TiC0.25和YFe10.5Mo1.5C x中C 只进入8i替代晶位或绝大部分进入2b间隙晶位及YFe10V2C0.5中C几乎一半进入2b晶位、一半进入8i晶位的这些情况又有不同,这可能意味着C在晶格中的占位不仅和替代元素是Ti, V或M o有关,还和元素配比有很大关系。
基于高精度双轴敏感元件研制的二维固定式测斜仪
Ｌ ｕ－ ｉｇ Ｌ Ｏ Ｘ ａ — ｉ ， Ａ ｉｊ ｎ Ｓ Ｎ Ｊ ｎ Ａ ａ — ｉｇ Ｉ ｉ ｐｎ ， Ｕ ｉｏ ｂｎ Ｃ Ｏ Ｙ —ｕ ， Ｕ ｕ ， Ｎ Ｂ ｏ ｑ Ｇ ｇ ｎ
（ ｔ ｅＧｉ ｌ ｔｃＰｗ ｒ ｅｅｒｈＩｓｔｔ Ｎ ｎｉｇＮ ｒ ＧｏｐＣ ｍ ａｙ ａｊ ｇ ２０ ０ ，Ｃ ｉ ） Ｓ ｔ ｒ Ｅｅ ｒ ｏ ｅ ｓａｃ ｔｕｅ ａｊ ａｉ ｒｕ ｏ ｐ ｎ ，Ｎ ｎｉ １０３ ｈｎ ａ ｄ ｃｉ Ｒ ｎｉ ／ ｎ ｎ ａ
１６ ３
李 桂平， 孝兵， 翊军， 罗 曹 孙俊， 庆 ． 安宝 基于高 精度双 轴敏感元件研制的二维堕 窒
文 章 编 号 ：０ ６ ２ １ ２ １ ） １ ＿ １６ ＿ ３ １０ － ６０（０ １ Ｓ＿ ０ ３ ． ０
基 于 高 精 度 双 轴 敏 感 元 件 研 制 的 二 维 固 定 式 测 斜 仪
０ 引 言
测 斜 仪 是 测 量 结 构 物 某 一 位 置 倾 斜 量 的 仪
器 ¨ ， 工程 实践 中有 着重 大 的应 用 价 值 。 国外 在 ｊ在
１ 二 维 固定 式 测 斜 仪 的 总体 设 计
二维 固定式测斜仪 由传感器与安装底座构成 ，
其 剖 面如 图 １ 所示 。传 感器 壳体 内安 装传 感器 电路 板 与变送 电路板 ， 壳体 采用 不锈 钢材 料 ， 行 了 防水 进 设计 ， 密封性 好 ， 可直 接安装 在 建筑物 表 面 。变 送 电
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｐ ａ ａ ｘ ｄ ｉｃ ｉｏ ｔｒｉ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ｓｄ Ｏ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉｎ ｄ ａ－ ｘｓｔ ｅ ｓ ｒ ｔ ａ ａ ｕ ｅｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｆ ｉ ｎ ｌ ｓｉ ｓｒ ｃ ： ｌｎ ｒｆ ｅ ｌ ｍｅｅ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｈ ｇ － ｒｃ ｓ ｕ ｌ ａ ｉ ｉ ｓ ｎ ｏ ．Ｉ ｃ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｐ ａ ｇｅ ｉ ｎ ｎ ｓ ｏ ｈ ｄ ｎ ｔ ｏ ｍｕｕ ｌ ｅｐ ｎ ｉｕ ａ ｉ ｃｉｎ ｉ ｌ ｎ ｏ ｓ ．Ｔ ｅ ｇ ｔ ｅ ｅ ａａ ａ ｅ ｔａ ｓ ｔ ｄ ｔ ｏ ｕ ｅ ｏ ａ ｔｅ ｒ ｃ ｓｉ ｇ Ｉ ｃ ｎ ｂ ｗ ｔ ａｌ ｐ ｒ ｅ ｄｃ ｌｒ ｄ ｒ ｔ ｓ ｓｍｕｔ ｅ ｕ ｌ ｙ ｅ ｏ ａ ｙ ｈ ａ ｈ ｒ ｄ ｄ ｔ ｒ ｒ ｎ ｍｉ ｅ ｏ ｃ ｍｐ ｔｒ ｆ ｒｆ ｒ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ． ｔ ａ ｅ ｔ ｈ