光电技术讲座 8.ppt

第5章 热辐射探测器件 ;;;;;;;5.2 热敏电阻与热电堆探测器; 2. 热敏电阻的原理、结构及材料 ;;较大的温升）粘合在导热能力高的绝缘衬底上，电阻体两端蒸发金属电极以便与外电路连接，再把衬底同一个热容很大、导热性能良好的金属相连构成热敏电阻。;3. 热敏电阻的参数 ;;;（2）热敏电阻阻值变化量 ;（4）冷阻与热阻 ;;;（6）最小可探测功率 ;5.2.2 热电偶探测器 ;如图5-6所示为辐射式温差热电偶的原理图。两种材料的金属A和B组成的一个回路时，若两金属连接点的温度存在着差异（一端高而另一端低），则在回路中会有如图5-6（a）所示的电流产生。即由于温度差而产生的电位差ΔE。回路电流I=ΔE/R。其中R称为回路电阻。这一现象称为温差热电效应（也称为塞贝克热电效应）( Seebeck Effect)。 ; 测量辐射能的热电偶称为辐射热电偶，它与测温热电偶的原理相同，结构不同。如图5-6（b）所示，辐射热电偶的热端接收入射辐射，因此在热端装有一块涂黑的金箔，当入射辐射通量Φe被金箔吸收后，金箔的温度升高，形成热端，产生温差电势，在回路中将有电流流过。图5-6（b）用检流计G可检测出电流为I。显然，图中结J1为热端，J2为冷端。 由于入射辐射引起的温升ΔT很小，因此对热电偶材料要求很高，结构也非常严格和复杂。成本昂贵。 ;图5-7所示为半导体辐射热电偶的结构示意图。图中用涂黑的金箔将N型半导体材料和P型半导体材料连在一起构成热结，另一端（冷端）将产生温差电势，P型半导体的冷端带正电，N型半导体的冷端带负电。开路电压UOC与入射辐射使金箔产生的温升ΔT的关系为 UOC=M12ΔT （5-27） 式中，M12为塞贝克常数，又称温差电势率（V/℃）。 辐射热电偶在恒定辐射作用下，用负载电阻RL将其构成回路，将有电流I流过负载电阻，并产生电压降UL，则 ;2. 热电偶的基本特性参数 ;（2）响应时间 ;（3）最小可探测功率 ;5.2.3 热电堆探测器 ;式中，n为热电堆中热电偶的对数（或PN结的个数）。S为热电偶的灵敏度。 热电堆的响应时间常数为 ;热阻抗由导热通路长和热电堆以及膜片的剖面面积比决定。 而热容的减小需要改变热电堆的??间隔，减小构成膜片的材料厚度。 因此出现了MEMS工艺的热电堆探测器。;2 MEMS红外热电堆探测器及其应用;MEMS工艺的红外热电堆优点: 具有较高的灵敏度,宽松的工作环境和非常宽的频谱响应; 与标准IC工艺兼容,成本低且易批量生产.;MEMS热电堆的结构;思考题与习题;5.7 一热探测器的光敏面积Ad＝1mm2，工作温度T = 300K，工作带宽Δf =10Hz, 若该器件表面的发射率ε=1，试求由于温度起伏所限制的最小可探测功率Pmin(斯特潘-波尔兹曼常数σ=5.67×10-12W·cm-2·K4，波尔兹曼常数k=1.38×10-23J·K-1) 。 5.8 某热电传感器的探测面积为5mm2，吸收系数α=0.8，试计算该热电传感器在室温300k与低温280k时1Hz带宽的最小探测功率PNE、比探测率与热导G。 5.16 如果热探测器的热容H=10-7J·K-1，试求在T=300K时热探测器的热时间常数τT。（假定热探测器只通过辐射与周围环境交换能量）。