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第二章光电检测技术基础应用物理系

第二章光电检测技术基础教学内容：2.1光的基本性质2.2辐射与光度学量2.3半导体基础知识2.4光电效应

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§2.4光电效应光电检测器件：对各种光辐射进行接收和探测的器件光电探测器电量、热量等光辐射量物理基础光电效应光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化。

§2.4光电效应?光电效应类型：光电效应光子效应光热效应温差电效益热释电效应外光电效应内光电效应光电导效应光伏效应光电发射效应光电倍增效应光电磁效应丹培效应

§2.4光电效应光电探测器件热电探测元件光子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光电倍增管真空光电管充气光电管像增强器摄像管放大型非放大本征型掺杂型光电三极管光电池光敏电阻红外探测器光电场效应管光电二极管雪崩型光电二极管变像管

§2.4光电效应一、光子效应和光热效应光子效应(photoniceffect)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。利用光子效应进行探测的器件称为光子探测器?对光波频率表现出选择性特点?光子探测器响应速度一般比较快

§2.4光电效应光热效应(photothermaleffect)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。例如：家庭式热释电红外探测器特点?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。

§2.4光电效应?光电器件特点：光子器件热电器件响应波长无选择性，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。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慢，一般为几毫秒

§2.4光电效应二、光子效应类型?外光电效应：物质受到光照后向外发射电子的现象，其多发生于金属金属氧化物光电发射效应、光电倍增效应?内光电效应：物质受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动而不会逸出物质外部的现象，其多发生于半导体内。光电导效应、光生伏特效应、光电磁等

§2.4光电效应三、光电发射效应?光电发射效应1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，获得1921年诺贝尔物理学奖。

§2.4光电效应三、光电发射效应在光照下，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电阴极。爱因斯坦方程：光电发射体的功函数电子离开发射体表面时的动能

§2.4光电效应截止（红限）频率截止（红限）波长

§2.4光电效应光电发射器件的特点：1.光电发射器件中的导电电子可以在真空中运动，因此，可以通过电场加速电子运动的动能，或通过电子的内倍增系统提高光电探测灵敏度，使它能高速度地探测极其微弱的光信号，成为像增强器与变相器技术的基本元件。

§2.4光电效应2.很容易制造出均匀的大面积光电发射器件，这在光电成像器件方面非常有利。一般真空光电成像器件的空间分辨率要高于半导体光电图像传感器。3.光电发射器件需要高稳定的高压直流电源设备，使得整个探测器体积庞大，功率损耗大，不适用于野外操作，造价也昂贵。4.光电发射器件的光谱响应范围一般不如半导体光电器件宽。

§2.4光电效应四、光电导效应导体材料:电阻率?，电导率?一般为常数；半导体材料：电阻率?，电导率?一般不再是常数。1、定义：半导体受光照射后，其内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减小的现象。光电导现象——半导体材料的“体”效应

§2.4光电效应典型的光电导器件：光敏电阻光电导器件可用于各种自动控制系统，如光电自动开关门窗、光电计数器、光电控制照明、自动安全保护等，用于夜间或淡雾中探测红外线目标，红外通信、导弹制导等。

§2.4光电效应本征半导体杂志半导体都能产生光电导效应，当光子能量大时，易于产生本征光电导；当光子能量小时，易于发生杂质光电导。是禁带宽度是杂质能带宽度

§2.4光电效应2、光电系统基本模型(1)无光照时，半导体材料在常温下具有一定的热激发载流子浓度，材料处于暗态，具有暗电导本征半导体样品ALU

§2.4光电效应(2)有光照时，样品吸收光子光能量产生光生载流子，材料处于亮态，具有亮电导本征半导体样品SALU

§2.4