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紫外探测器,成员：王建利&王华珍,目录,1，工作原理2，紫外探测器的发展3，紫外探测器的分类热探测器光子探测器4，紫外探测器的性能参数5，紫外探测及其应用,工作原理,紫外探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，光电探测器利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。,光学辐射,电学信号,紫外探测器的发展,紫外和红外探测技术几乎同时产生于50年代，由于紫外探测器件灵敏度低，一直未能应用，而红外探测技术发展较快。直到90年代，日本开发出雪崩倍增摄像管，使得紫外摄像器件有较高的灵敏度和合适的光谱范围，紫外探测才得到广泛关注。紫外探测技术以其独特优势在通信、预警和制导方面得到广泛的应用。,紫外探测器分类,根据紫外探测过程的机理，紫外探测器可分为：1.热探测器；2.光子探测器。,1.热探测器,热探测器主要分为以下三类：1.1.测试辐射温差的热电偶：热电偶是利用温差电效应制成的紫外探测器。当把两种具有不同温差电动势的金属丝或半导体细丝连结成一封闭环时，若用紫外辐射照射一个结点，该结点因吸收入射辐射而升温，于是与另一结点出现温差，在环内产生温差电动势。根据温差电动势的大小(取决于辐射引起的结点温差)则可测出紫外辐射功率。,1.热探测器,1.2.金属和半导体热敏电阻测辐射热计：这是利用某些金属或半导体材料的电阻率随温度有较大变化而制成的探测器。当吸收紫外辐射而温度升高时，金属的电阻率增加(即电阻率温度系数为正)；半导体电阻率则降低(温度系数为负)。根据电阻变化的大小可以测出被吸收的紫外辐射功率。,1.热探测器,1.3.热释电探测器：有些晶体(如热电晶体)一般有自发极化现象，而且自发极化强度随温度升高而下降。当吸收入射紫外辐射而升温时，引起自发极化强度变化，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间出现微小电压，经放大后就可以用来测量投射到晶体上的紫外辐射功率。,2.光子探测器,2.1.光电子发射(PE)探测器：当辐射照射在某些金属、金属氧化物或半导体材料表面时，若该光子能量hv足够大，则足以使材料内一些电子完全脱离材料从表面逸出。利用这种效应制成的探测器就是光电子发射探测器。,2.光子探测器,2.2.光电导(PC)探测器:半导体吸收能量足够大的光子后，会把其中的一些电子或空穴从原来不导电的束缚状态激活到能导电的自由状态，从而使半导体电导率增加，这种现象叫做光电导效应。根据光电导效应探测辐射的器件称为光电导(PC)探测器。,2.光子探测器,2.3.光伏(PV)探测器:对p-n结加上反向偏压，则当结区吸收能量足够大的光子后，反向电流就会增加。这种情况类似于光电导现象。这类光伏探测器通常叫做半导体光电二极管。,紫外探测器的材料,第一代元素半导体材料Si以及第二代化合物半导体GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等材料由于具有禁带宽度小、波长大、最高工作温度低等特点而使得器件的特性及使用存在很大局限性，满足不了实用的要求。第三代宽带隙半导体材料主要包括SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）、ZnO（氧化锌）和金刚石等，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好等特点，适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件；而利用其特有的宽禁带，还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光探测器件。,半导体材料的特性对比,紫外探测器的性能参数,紫外探测器的主要参数包括：1.暗电流2.光电流3.量子效率4.响应度5.响应时间,1.光谱响应特性,当不同波长的光照射探测器时，只有能量满足一定条件的光子才能激发出光生载流子从而产生光生电流。对于半导体材料，要发生本征吸收，光子能量必须大于或者等于禁带宽度，即对应于本征吸收光谱，探测器对光的响应在长波方面存在一个波长界限0，根据发生本征吸收的条件,可得到本征吸收长波限的公式为,1.光谱响应特性,根据半导体材料的禁带宽度，可以算出相应的本征吸收长波限。对于GaN材料而言，Eg=3.4eV，则GaN探测器的长波限0365nm。对于4H-SiC材料，Eg=3.26eV，则其长波限0380nm。从计算结果可以看出，GaN、4H-SiC材料的本征吸收长波限都在紫外区。,2.量子效率,内量子效率定义为入射至器件中的每一个光子所产生的电子-空穴对数目，即：,3.响应度,光电响应度是表征探测器将入射光转换为电信号能力的一个参数。光电响应度也称光电灵敏度，定义为单位入射光功率与所产生的平均光电流之比，单位为A/W。,由上式可知，R与成正比，所以短波长探测器的响应度比起长波长的探测器来说响应度较小。假设=1，则当波长为365nm时，响应率R=0.294A/W；当波长为200nm时，响应率R=0.161A/W。,4.暗电流和响应时间,暗电流是指器件在反偏压条件下,没有入射光时产生的反向直流电流，暗电流太大，对原探测信号有较强干扰，影响仪器灵敏度。响应时间即紫外探测器对紫外光的反应时间，分为上升沿时间和下降沿时间，反应时间越短，探测器越灵敏。,紫外探测及其应用,随着光电技术日新月异飞速发展,光电产品在人们日常生活、工作和军事领域的应用越来越广泛。紫外探测技术是继激光探测技术和红外探测技术之后发展起来的又一种新颖探测技术。目前,紫外探测技术已经广泛应用于火焰监测以及燃烧控制、太阳辐射测量、水处理以及表面消毒紫外光源控制、紫外线净化、紫外线消毒、食品消毒控制、紫外线激光器控制、分光镜、电弧探测等方面。,民用：火焰探测器,火焰探测器,对于火焰燃烧中产生的0.1850.260m波长的紫外线，可采用一种固态物质作为敏感元件，如碳化硅或硝酸铝，也可使用一种充气管作为敏感元件，如盖革一弥勒管。根据防爆类型可分为：隔爆型、本安型；使用场合：高端，石油和天然气的勘探、生产、储存与卸料，海上钻井-固定平台、浮动生产贮存于装卸，陆地钻井-精炼厂、天然气重装站、管道，石化产品-生产、储存和运输设施，油库，化学品，易燃材料储存仓库，汽车-制造、油漆喷雾房，飞机-工业和军事，炸药和军需品；汽车-喷漆房医药业废品焚烧粉房等高风险工业染料的生产、储存、运输等。,民用：医学及生物学,紫外探测技术在医学、生物学方面也有着广泛的应用，特别是近几年在皮肤病诊断方面有着独特的应用效果。利用紫外探测技术在检测诊断皮肤病时可直接看到病变细节，也可用来检测癌细胞、微生物、血色素、红血球、白血球、细胞核等，这种检测不但迅速、准确，而且直观、清楚。,军用：紫外制导,尽管红外制导是目前导弹的主流制导方式，但随着红外对抗技术的日趋成熟，红外制导导弹的销售到了严重的威胁。为了反红外对抗技术，制导技术正在向双色制导方面发展，这其中也包括红外-紫外双色制导方式。在受到地方红外干扰时，仍可使用紫外探测器探测目标的紫外辐射，并把导弹引至目标进行攻击。,紫外通讯,紫外通讯是一种具有极大发展潜力的新型通讯方式。它是利用紫外辐射进行信息传递，与普通的无线电通讯相比，具有低窃听率、高抗干扰性的优点，能实现近距离保密通讯；与先进的激光通讯相比，具有全方位多路通讯和定向通讯等优点。,研究公司,镓芯光电科技有限公司（GaNoOptoelectronicsInc.）北京迅天宇光电科技有限公司（BEIJINGSKYRAYOETECHNOLOGY,LTD.）,SXUV系列：SXUV576SXUV300SXUV300CSXUV100SXUV100LPSXUV100LPASXUV20RPDSXUV20ASXUV20ARPDSXUV20CSXUV20