光电子技术王俊波光电探测器的物理效应.ppt

第4章 光辐射的探测技术 一、光子效应和光热效应 光子效应(photonic effect ) 光热效应(photothermal effect ) 二、光电发射效应 光电发射效应 截止频率 三、光电导效应 光电导现象——半导体材料的“体”效应 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： 光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量 四、光伏效应 光伏现象——半导体材料的“结”效应 光照零偏pn结产生开路电压的效应 五、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。 六、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 七、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 * * * UP DOWN BACK * 共18页 * 主讲:周自刚《光电子技术》§4.1 光电探测器的物理效应 * 光源 传输 调制 探测 1、在远离家时如何防盗并报警？ 2、在太空中靠什么拍摄出清晰图片？ 3、在大型石化工厂中如何发现险情并及时处理？ 嫦娥1号卫星 §4.1 光电探测器(Detector)的物理效应 光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件 热 探 测 器 光子探测器 光辐射量 光电探测器 电量 光电倍增管 探测器件 热电探测元件 光子探测元件 气体光电探测元件 外光电效应 内光电效应 非放大型 放 大 型 光电导探测器 光磁电探测器 光生伏特探测器 本征型 掺杂型 非放大 放大型 真空光电管 充气光电管 光电倍增管 变像管 摄像管 像增强器 光敏电阻 红外探测器 光电池 光电二极管 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管 指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。 特点 对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。 例如:光子效应在光电池等中体现 探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。 特点 原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。 在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。 例如：家庭式热释电红外探测器 ：光电发射体的功函数 电子离开发射体表面时的动能 在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。 光电发射体 能产生光电发射效应的物体，在光电管中又称为光阴极。 爱因斯坦方程 截止波长 本征 半导体 光电导过程 是禁带宽度 是杂质能带宽度 光敏电阻 这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子-光生载流子。 显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个量 ，我们称之为光电导。相应和杂质半导体就分别称为本征光电导和杂质光电导。 例如：雪崩二极管 光照反偏 光伏效应 光电池 光电信号是光电流 结型光电探测器的工作原理 光电二极管 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。 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 + ——探测器的量子效率 光电转换定律： **光功率P正比于光电场的平方 ——平方律探测器——非线性器件(本质)。 *光电探测器对入射功率响应(光电流) ——一个光子探测器可视为一个电流源。 响应慢，一般为几毫秒 响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒 响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感 响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应 热电器件 光子器件 知识巩固 光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子的运动规律。由于物质的结构和物理性能不同，以