什么是量子效率？

在电荷耦合器件（CCD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）或其他光电探测器中，它是在任一端子上收集的电荷载流子数量与击中器件光反应表面的光子数量之间的比率。作为一个比率，QE是无量纲的，但它与响应度密切相关，响应性以每瓦特安培表示。由于光子的能量与其波长成反比，因此通常在一系列不同的波长上测量QE，以表征器件在每个光子能级的效率。对于典型的半导体光电探测器，能量低于带隙的光子的QE降至零。摄影胶片的QE通常远低于10%，而CCD在某些波长下的QE可以超过90%。例如：如果一个图像传感器有75%的QE并暴露在100个光子下，它将能够转换成75个电子信号。

每种不同型号的传感器的QE都不同，高端的图像传感器能达到95%的QE，比如科研级相机，但是也是由被检测的光的波长和半导体材料决定的。

大多数图像传感器都是由硅制成的。由于量子效率取决于材料，所以该元素的特性以及如何与光相互作用非常重要。

在高纯度的晶体形式中，相邻的硅原子彼此共价键合，打破这些键以产生电子-空穴对需要大于带隙能量的能量。入射光的波长与光子吸收的深度直接相关，并且波长越短，进入硅的深度也就越短。

半导体仅在光子具有比材料的带隙能量更高或更短的波长时才能检测到光子。InGaAs传感器是由InAs和GaAs的合金制成的半导体，传统的InGaAs传感器具有x1-x的InAs:GaAs比率。 由于InGaAs 不是天然存在的材料，因此必须在InP衬底上生长单晶。

InGaAs传感器的带隙能量通常低于硅，这意味着它们能够检测更长的波长，例如短波红外（SWIR）区域（900-1700nm）。因此，InGaAs传感器在950-1600nm区域内的QE>80%。如图显示了典型InGaAs传感器的QE曲线。

QE是衡量相机在将入射光子转换为电子方面的有效性的指标。QE不仅取决于射入光子的波长，它还取决与传感器的材料。

如果能量高于半导体的带隙能量，传感器将检测到入射光子，这就是为什么硅传感器在500-600nm之间具有95%的QE，但对于红外或紫外波长只有较低的QE，而InGaAs在SWIR范围（900-1700nm）上具有较高的QE，而不是可见光区域或中红外波长范围（>1700nm）。

【来源：光虎光学内部培训资料】