光电探测复习资料.docx

光电导效应：半导体的导电性能与其中的自由载流子浓度有关，某一温度下存在自由载流子（热平衡载流子），受到光照，材料吸收光辐射而产生新的载流子（光生载流子），使半导体的电导率发生变化的现象。本征光电导效应截止波长：光伏效应：P区N区结区本征激发产生电子空穴对，破坏原有的平衡，产生的少数载流子在内建电场的作用下扩散。P区电子---N区---N区获得附加负电荷；N区空穴---P区---P区获得附加正电荷，结果P区电势上升，N区电势下降，导致PN结两端形成了光生电动势，此即为光伏效应。光电发射效应：某些金属或半导体吸收光辐射而激发出自由电子，当其能力足以克服表面势垒时，可逸出金属或半导体表面而向真空发射光电子的现象。光电子发射的三个过程：吸收光子，激发高能电子；向界面运动损失能量；电子越过表面势垒逸出。响应率R：光电探测器将入射光信号转换成电信号的能力。灵敏度：在可见光段响应率叫做灵敏度。量子效率：每秒产生的光电子数/每秒入射波长为的光子数。NEP：信号功率/噪声功率为1时，入射到探测器上的信号功率。NEP(500，400，1)： 500为测量标准源为黑体，温度为500K；400为调制频率为400HZ；1为测量带宽为1HZ。光谱响应： 折线：光子探测器 曲线线性上升的原因：波长越长，每瓦功率的光子数越多，探测器对光子的吸收速率越快 R 直线：热探测器 曲线突然下降的原因：存在红限波长 响应时间：描述探测器对入射辐射响应快慢的特性参量。时间常数, 探测器的上限调制频率噪声：任何叠加在信号上不希望的随机扰动或干扰，均称为噪声。①来自系统外部；采取适当措施可减小或消除，多具有规律性②来自系统内部的材料，器件固有物理过程的自然扰动；一般是随机的无规律，只是遵循统计规律白噪声：噪声功率与频率f无光1/f噪声：噪声功率与频率f成反比蓝噪声：噪声功率与频率f的平方成正比热噪声：电子的热运动所引起的，通过截面的电子数存在均方偏差，即有电子涨落，因此导致了热噪声。热噪声功率： 热噪声电流：减少热噪声的手段：1）降温；2）尽量缩短工作频带散粒噪声：（白噪声）探测器在光辐射作用或者热激发下，光电子或载流子随机产生所造成的。产生--复合噪声：（与散粒噪声本质是相同的）半导体中由于载流子产生--复合的随机性引起。电流噪声（1/f噪声）:又叫低频噪声﹑闪烁噪声﹑过剩噪声。半导体光电子发射效应的优点： 1)对入射光有较小反射系数 2）阴极层导电性适中，光电子向表面运动损失能量比金属小 3）半导体内存在大量的发射中心 4）有较小的逸出功，在光谱响应区内具有较高的量子数半导体光电发射的三个步骤：光子的吸收；光电子向表面运动，损耗部分能量；光电子克服表面势垒逸出。光电阴极应具备的三个条件： 1）光吸收系数大 2）光电子在体内传输过程中能量损耗小（使逸出深度大） 3）电子亲和势低（使表面逸出概率高）常规光电阴极（PEA）：电子亲和势是正的，代表材料：Ag-O-Cs合金PEA分类：单碱锑化物：锑铯阴极（CsSb） 多碱锑化物：Sb-Na-K-Cs材料产生负电子亲和势（NEA）的原因： 1）半导体表面能带的弯曲；2）P型半导体体内电子亲和势的减小NEA的特点： 1）量子效率高，有效逸出深度大； 2）光谱响应率均匀，且光谱响应延伸到红外3）热电子发射小； 4）光电子的能量集中，对提高光电成像器件的 光电倍增管（PMT）工作原理：利用光电发射和二次电子发射相结合，把微弱的光信号转换为较大的电信号。光电倍增管（PMT）组成（5大结构）：光窗，光电阴极，电子光学系统，倍增系统，阳极二次电子发射原理：二次电子发射过程与光电子发射颇为相似，所不同的是二次电子发射是由初始电子而不是光子激发体内电子产生的。阴极灵敏度（Sk）（积分灵敏度）：阳极灵敏度SA: 电流增益Gm： Gm的近似公式：δ与倍增极材料，倍增极间的电压VD有关 3. 并联电容的确定 最后几级倍增极瞬间电流很大，使最后几级分压电阻的压降产生突变，导致阳极电流饱和，PMT灵敏度下降。因此并联上电容，使电阻上分压基本不变CsSb倍增极： AgMgO倍增极：阳极接地： 优势：便于跟后面的放大器连接 缺陷：阴极处于负高压，与接地的玻壳支架存在较高的电势差，增加噪声阴极接地： 优势：屏蔽效果好，噪声电平低 缺陷：阳极正高压导致寄生电容增大，匹配复杂，与放大器无法直接连接光电导结果公式： M=载流子平均寿命/载流子渡越时间光电导探测器响应率：电流响应率： 电压响应率： 可见，VA上升，Ri也随之上升，但VA升高将增加器件产生的焦耳热，必须不能超过器件的额定功耗；i还与探测器光敏面积有关：入射功率一定时，光敏面越大，单位体积内光吸收越小，光生载流子产生率越小，响应率会下降。温度特性： T上升，热噪声随之上升，光生载流子寿命下降，