[工学]光电探测器.ppt

引言 半导体光电探测器 光电导探测器 光伏探测器 光电池 光电二极管 光电三级管 半导体器件的选择 CCD探测器 引言 探测器:光电子系统中，因为光波具有容量大、速度快、必威体育官网网址性好和抗干扰能力强等优点，常用光波调制使光载波携带信息。对于光辐射的探测也显得尤为重要。把光辐射的能量变成其它能量形式（如电、热等）的信息，再通过对这些信息的测量，实现对光辐射的探测。 光电探测器:从近代测量技术来看，电量测量不仅是最方便，而且是最精确的，所以大部分光探测器都是直接或间接把光辐射能量转化为电量。 引言 光电探测的物理效应主要分为三类，其中光电效应应用得最为广泛 光电效应： 入射光的光子与物质中的电子直接作用，改变电子的运动状态，产生载流子。 光热效应： 光子不是直接与电子起作用，而是能量被固体晶格振动吸收，引起固体的温度升高，导致固体电学性质的改变。 波相互作用效应： 激光与某些敏感材料相互作用过程中产生的一些参量效应，包括非线性光学效应和超导量子效应。 引言 光电效应： 根据效应发生的部位和性质，分为： 外光电效应： 指发生在物质表面上的光电转化现象，主要包括光阴极直接向外部发射电子的现象。典型的例子是物质表面的光电发射。这种效应多发生于金属和金属物。 内光电效应： 指发生在物质内部的光电转化现象，特别是半导体内部载流子光生效应。主要包括光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光磁电效应等。这种效应多发生于半导体内。 外光电效应:光致发射 光阴极型: ◆ 普通型 ◆ 负电子亲和型 增益型: ◆ 气体雪崩型 ◆ 光电倍增型 ◆ 通道电子倍增型 内光电效应:光子不逸出表面 激发附加载流子 光电导效应,光伏效应,光电磁效应,登布效应,光敏晶体管 自由载流子扰动 光子牵引,热电子辐射计,Putley探测器 局部扰动 红外量子计数器,闪烁体,感光胶片 引言 光电效应类探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态改变，即光子能量的大小直接影响内部电子状态改变的大小，因而这类探测器受波长限制，存在“红限” 截止波长 E在外光电效应中为表面逸出功，在内光电效应中为半导体禁带宽度。 光热效应类探测器对光波波长没有选择性，但是由于材料在红外波段的热效应更强，因而广泛用于对红外辐射，特别是长波长的红外线的测量，由于温度的升高需要热积累，所以探测器的速度较慢，而且容易受环境的影响。 半导体光电探测器 半导体光电探测器是利用半导体的内光电效应制成的光电转换器件 分类 1）根据器件工作的物理过程 光电导型、光伏型、光子牵引型、光磁电型。 2）根据器件的构造 均质型、结型 光电导探测器 光电导效应 光电导效应是多数载流子导电的光电效应。 均匀半导体材料吸收入射光辐射中的光子，使材料中产生附加的自由电子和自由空穴，即产生了光生载流子，从而使半导体的电导率发生变化。 光电导探测器 利用光电导效应可以制成各种用途的光电元件，如光敏电阻（光电导探测器）、光电管等。其中光敏电阻具有体积小、坚固耐用、价格低廉、光谱响应范围宽等优点，广泛用于微弱辐射信号的探测领域。 光电导探测器 光电导效应 本征半导体： 光电导增量 分别是电子和空穴的迁移率 分别是电子和空穴浓度的增量，即光生载流子浓度 截止波长 光电导探测器 光电导效应 杂质半导体 光电导率增量 （N型）电子浓度增量 （P型）空穴浓度增量 截止波长 Ei为杂质电离能，通常杂质电离能远小于禁带宽度，所以非本征光电导的长波限远大于本征半导体的长波限。 光电导探测器 光电导探测器 在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极，便构成光电导探测器。当光电导探测器的两端加上适当的偏置电压后，便有电流流过，用检流计可以检测到该电流。改变照射到光电导探测器上的光度量（如照度），发现流过的电流将发生改变，说明光电导探测器的阻值随照度变化。 光电导探测器简单模型 光电导探测器的性能参数 光电导探测器结构设计基本原则 光电导探测器的响应度与其两电极间的距离的平方成反比，为提高光电导探测器的