第四章 光辐射探测1.ppt

光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如下条件： 光照零偏pn结产生开路电压的效应 4.2.4 温差电效应 当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。 4.2.5 热释电效应 热释电材料——电介质 升高到Tc值时，自发极化突然消失，TC称为居里温度 4.2.6 光电转换定律 光辐射量转换为光电流量的过程 ——光电转换 光电检测器件的特点 （2）光谱响应特性 （3）伏安特性 （V/R—V为直流负载线） （4）频率响应特性 频率特性好,适宜于快速变化的光信号探测。 光电二极管的频率特性响应主要由三个因素决定：(a)光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；(b)光生载流子在耗尽层内的漂移时间； (c)与负载电阻RL并联的结电容Ci所决定的电路时间常数。 【4.2.2. PIN硅光电二极管】 要改善硅光电二极管的频率特性，由前面分析可知：应设法减小载流子的扩散时间和结电容。 PIN硅光电二极管就是在P区和N区之间加上一本征层（I层）光电二极管。 P I N I层载流子浓度非常低是一个高阻层。 ①在pn结上加上反向偏压后，它将成为具有较强内部电场的区域，减小了载流子的渡越时间；②通过加入这个高阻层I层，扩大了携带电信号的光生载流子的产生空间，从而提高了灵敏度； 高阻层起的作用 PIN光电二极管在光通信、光雷达和快速光 电自动控制领域有着广泛的应用。 ③降低了影响频率响应的pn结的电容量，即降低了回路的时间常数，从而提高了其频响速度。实际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素是电路的时间常数。合理选择负载电阻是一个很重要的问题。 光电流由两部分组成：1）光照下，在I区产生电子-空穴对，电子和空穴在强电场下分离，电子向n区移动 而空穴向p区移动，并以光电流形式向外流出； 2）还有一部分光电流是由于光进入到了n区里，产生了空穴，空穴进入I层内，同样也产生漂移 光电流的形成 【4.2.3 雪崩二极管】 它是利用pn结当加的反向偏压接近击穿时，发生载流子碰撞雪崩电离，以获得光生载流子倍增的器件。 在给pn结加上反向电压后，它几乎不会有电流流过，但如果反向电压增大到一定值 后，反向电流迅速增大的现象称为pn结击穿，发生击穿时的电压称为反向击穿电压。 pn结击穿 增大，而是由于载流子数目的增加。到目前为止，pn击穿共有三种：雪崩击穿、隧道击穿和热电击穿。 光子照射 电子-空穴对，当pn结反向电压足够高时，它们在结内高电场作用下，获得足够高的动能，在定向运动过程中与晶体原子碰撞产生新的电子-空穴对，新产生的电子和空穴又在电场中获得足够能量，通过碰撞再产生电子和空穴……如此下去，像雪崩一样迅速反应而激发出大量的载流子，使初始的光电流大大增加。 雪崩碰撞电离原理： 产生 提高测量灵敏度 ——若干个热电偶串联起来使用 ——热电堆 地磁场的起源 一种结晶对称性很差的压电晶体 在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩) 热电体的| |决定了面电荷密度 的大小，当发生变化时，面电荷密度也跟着变化 | |值是温度的函数——温度升高——| |减小。 如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等 热释电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在1～1000秒量级 热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。 D—探测器的光电转换因子 光子 电极 电极 耗尽层 SiO 2 p + n n + * * 第四章 光辐射探测技术 光子效应 是指在光照情况下，电子逸出电子表 面的现象。可制作：光电管和光电倍增管 指在光照情况下，物质内部原子释放的电子留在内部而使物体的导电性能增加，电阻值减小的现象，大多数高电阻的半导体都具有这种现象。 光生伏特效应：产生一定方向电动势的现象。 内光电效应 光电导效应 外光电效应 光热效应 热敏电阻、热电偶、热释电等 了解：光子效应与光热效应的区别 4.1.2 光电发射效应 光电发射体的功函数 光电发射条件： 光电效应截止波长： 光电导器件就是把光生载流子引起的电阻变化作为电信号进行检测的器件。在没有光照的时候电阻非常大（可达M欧），有光照的时候电阻下降到K欧以下。 光电导器件可以分为本征型和掺杂型两种。 掺杂型的光电导器件主要用作红外线检测用的光接收器件用。 4.1.3 光电导器件