第二章--光电探测器概述.ppt

1、摘要光辐射检测系统由信息源、传输介质和接收系统组成。接收光学系统通过传输介质将信息源光辐射和背景以及其他微光聚集在光探测器上。光辐射传递的信息(例如，频谱能量分布、辐射通量、发光强度分布、温度分布等)可以从光探测器转换为传记信号来测量，经电子线处理后，可以分析、记录、存储或直接显示，从而识别测量的对象。因此，光探测器是实现光电转换的关键组成部分，其性能对整个光辐射探测的质量有着非常重要的作用。2-1开发概述和分类，1826 -热电偶检测器1880 -金属薄膜辐射计1946 -热敏电阻50年代-超导检测器60年代-三元合金光电检测器(HgCdTe) 70年代-光电检测器集成电荷耦合装置(CCD，

2、charger)，按用途：成像、郑智薰成像探测器；频谱响应点：紫外线、可见光、近红外、中红外、远红外线探测器结构：单位、多变量、阵列光电探测器；根据工作转换机制，光子(光电)、热探测器、光电探测器部件的工作原理是基于光电效应的，热探测器必须经过加热物体的中间过程，因此电子的反应速度很快。光电转换装置主要利用物质的光电效应，即物质在一定频率的光照射下发射光电的现象。当光照射金属、金属氧化物或半导体材料表面时，被牙齿物质中的电子吸收，如果光子的能量足够大，那么吸收光子后的电子就可以摆脱原子的束缚，离开材料表面。这种电子称为光电，这种现象也称为光电发射，外光电效应。当一些物质被光照射时，其内部原子释

3、放电子，但电子仍然留在物体内部，增加物体的导电性。这种现象称为内部光电效应。半导体的特征：原子之间的相互作用引起能级分裂，离散能级形成形成能量带。分为价带、导带、禁带。半导体的能带结构，价带：晶体中与原子内层电子能级相对应的带由电子填充，牙齿带称为价带。导带：价带以上未用电子填充或空白的频带称为导带。带隙：导带和价带之间的能量隙称为带隙。导向底部和价带顶部的能级间距为频带宽度Eg。半导体是本晶半导体。p型半导体。可分为n型半导体。本征半导体：硅和锗都是半导体，纯硅和锗晶体称为本征半导体。硅和锗是四价元素，晶体结构稳定。半导体类型，杂质半导体的形成：通过工艺扩散，在本晶半导体中掺入少量合适的杂质

4、元素，就能得到杂质半导体。N型半导体：在纯硅晶体中混合五价元素(如磷)，取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。N型半导体，N型半导体：因为杂质原子的最外层有5个价电子，除了周围硅原子和共价键的形成外，还有一个电子。在室温下，由于热刺激，可以制成自由电子，表示负电性。牙齿n是从“Negative(负数)”中获取的第一个字母。结论：N型半导体的导电特性：自由电子传导的杂质越多，多边(自由电子)的浓度越高，导电性也越强。多边：在N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，这是多数载流子，简称多边。小资：空穴是少数载流子，简称小儿。施主原子：杂质原子可以提供称为施子原子的电子。P型半导体：在纯4

5、价本征半导体(如硅晶体)中混合三价原子，如极少量(一千万分之一)的硼合成晶体，取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。生成孔：由于杂质原子的最外层有三个价电子，因此与周围的硅原子共价键时，会产生“空洞”(空前中性)牙齿，硅原子外层电子通过热运动填补牙齿空位时，杂质原子成为不可移动的负离子，在硅原子的共价键中产生空穴。因为前者较少，P型取“正”一词的第一个字母。p型半导体，结论：1，多子的浓度取决于杂质浓度。原因：掺杂的杂质大大增加了多边数，多边和器件复合的可能性大大增加。因此，对于杂质半导体，多子的浓度越高，器件的浓度越低。年轻儿子的浓度取决于温度。原因：器件是由本征刺激形成的，与温度有关。多

6、个子：p型半导体，多个子孔。小野：为了电子。主原子：杂质原子中的空位是吸收电子，称为主原子。p型半导体杂质浓度越高，费米能级，N型半导体杂质浓度越高，费米能级水平越高。PN结的能带结构，价带，导带，能量间隙，EF，结区，P区，N区，PN结的形成，型半导体和型半导体相结合，由于界面上载流子浓度的差异，电子和空穴都必须从浓度高的地方扩散到浓度低的地方，电子和空穴都是带电的，其扩散的结果是区域和区域的原始David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，电名言：区域的一面失去了空穴，留下了不能移动的负离子，区域的一面失去了电子，留下了不能移动的正离子。这些不可移动的填充粒子

7、(通常称为空间电荷)集中在区域和区域相交介面附近，形成非常薄的空间电荷区域，即PN的结。牙齿地区内的大部分载流子已经扩散到对方，形成复合、或消耗，因此空间电荷区也称为耗竭层。区域的一侧表示负电荷，区域的一侧具有正电荷，因此空间电荷区域表示区域指向区域的电场。因为牙齿电场是由载流子扩散运动形成的。不是由外加电压形成的，而是称为内部电场。因为对大部分载流子扩散运动有阻断作用，所以空间电荷区域也称为阻断层。内部电场是由多边扩散运动引起的，其建立将对两个茄子产生影响。一个是内部电场会阻碍多边扩散，另一个是P区和N区的少数载流子(P区的自由电子和N区的空穴)牙齿一旦接近PN结，就会因内战界的作用漂移到对

8、方身上。在这种少数载流子、内战界的作用下，有规律的运动称为漂移运动，结果扩散运动扩大了空间电荷领域，加强了内部电场，有利于器件的漂移，不利于多边扩散。漂移运动缩小空间电荷区域，削弱内部电场，有利于多边扩散，不利于器件的漂移。在一定条件下(如恒温)，大部分载流子扩散运动逐渐减弱，少数载流子漂移运动逐步加强，最后扩散运动和漂移运动是动态平衡，交叉接口是稳定的空间电荷区，即PN结在动态平衡内。结的单向导电，(1)加上纯电压(正偏置)，PN结加上纯电压，外部电场向与内部电场相反的方向扩散，漂移运动的平衡破坏。外部电场将P区空穴推向空间电荷区，抵消部分负电荷，N区自由电子进入空间电荷区，抵消部分正电荷，

9、空间电荷区就会变小，内部电场减弱，多子的扩散运动得到改善，形成更大的扩散电流(从P区流向N区的正电流)。在一定范围内，外部电场越强，正向电流越大，PN结表示的电阻(即PN结处于通过状态)就越低。，发光二极管，(2)加逆压(逆偏差)，PN结加逆压，外电场与内电场的方向一致，扩散与漂移运动的平衡度破坏。外部电场移动空间电荷区域两侧的空穴和自由电子，空间电荷区域扩大，内部电场加强，使大部分载流子扩散运动困难，同时加强少数载流子漂移运动，形成从N区流向P区的反向流。由于少数载流子的数量较少，逆转流不大，PN结的逆转电阻，即PN结处于关闭状态。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国

10、电视电视剧)，光电二极管，加半偏压与节点内电场的方向一致，没有光的情况下反电流非常小(通常小于0.1微安培)。这称为暗电流。有光时，携带能量的光子进入PN结后，将能量传递到共价键上的束缚电子，使部分电子脱离共价键，形成电子-空穴对，称为光生载流子。它们在逆压作用下参与漂移运动，电子被拉向N区，空穴被拉向P区，形成光电流，使逆电流显着增大。同时，势壁垒区一侧扩散长度内的光生载流子(光生)首先扩散到势壁垒区，在势壁垒电场的影响下，也参与了传导。光的强度越高，反向电流也越大。光电二极管(WHO)由一般照度的光照射产生的电流称为光电流。如果在外电路上连接负载，负载会收到传记信号，牙齿传记信号会随着光的

11、变化而变化。光电探测器(1)、光电发射探测器(光电发射效果或外部光电效应)、金属氧化物或半导体表面、自由电子、光发射、光电探测器(光电效应或内部光电效应)、半导体材料、自由电子孔、光发射、电导率变化、光电探测器光发射可选探测器，即光子波长有长波限制，波长比长波限制长的入射辐射无法产生所需的光子效果，因此无法检测。 波的长度比长波限制的入射辐射长，功率恒定时波长越短，光子数越少，因此光子探测器的理论响应率必须与波长成正比。热传感器(光热效应)、热传感器、物理性质变化、温差传记(温差效应)、电阻率变化(辐射热计效应测量)、自发极化强度变化(热电效应)、气体体积和压力变化、热传感器特性、非选择性探测

12、器、非选择性探测器但是响应时间比光子探测器长。还取决于大小和冷却速度，这取决于感温计的热容量。2-2光探测器的响应性能参数，光探测器的定义，定义：光子探测器是进入光探测器的光辐射能量，是以光子的形式与光子探测器材料中捆绑的电子相互作用(光电效应)离开表面，或释放自由电子和自由空穴，参与传导的部件。光电效应，光电发射效应，光电效应，光生伏效应，4.2K4光电探测器的工作条件，1 .辐射源的频谱分布(如单色、黑体、调制)20.4K电路通过带和带宽(噪声的影响)3它在不断总结各种光电探测器的共同基础上科学地定义，因此牙齿性能参数集科学地反映了各种探测器的共同要素。根据一组牙齿参数，评估探针性能的优劣

13、，比较徐璐不同探针之间的差异，根据需要合理选择光学探针，正确使用。显然理解各种性能参数的物理意义很重要。2.2.2响应性能参数、响应率(度)RV、RI单位入射光力下探测器的输出电压(流)，即灵敏度。设备对全色入射辐射的响应能力是设备输出信号与输入辐射功率的比率，用R表示。输出信号显示为电压：输出信号显示为电流：2。单色灵敏度(频谱响应度)，光电探测器通过单位单色辐射光速(光速)获得输出电压(流)。探测器的输出电压(流)与进入探测器的单色辐射光速(光速)之比。装置对单色入射辐射的反应能力。以频谱杨紫效率表示频谱响应率的实用表达式，定义：NP:入射辐射杨紫数，NS: NP生成的信号杨紫数，频谱杨紫

14、效率和频谱响应率R表示相同的事件，因此，e:电子功率，C:真空常识可以绘制R曲线，称为等量子效率曲线。R关系曲线是频谱响应随波长的变化关系，因此R曲线也称为频谱响应特性曲线。可以由上而下使用，3 .积分响应也是R，探测器对连续辐射通量(光速)的响应程度；探针的输出电压(流)与入射到探针的总辐射光速(光速)之比。4。时间响应特性，探测器对变化信号快速反应的能力。理想设备的响应脉冲与辐射脉冲相匹配。实际设备的响应具有延迟现象(惰性):描述时间响应特性的参数：驰豫时间和振幅频率特性。驰豫时间：反应落后于作用信号的现象称为松弛。驰豫时间也称为时间常数。驰豫时间定义1: (1)启动李莞(上升时间常数)设

15、备的响应从0上升到稳定值的90%所需的时间T1；(2)衰减缓解(下降时间常数)信号消除后，设备的响应从稳定值下降到稳定值的10%所需的时间T2。(1)开始松弛定义为响应值上升到稳定值所需的时间，约为63%。(2)衰减松弛定义为响应值下降到稳定值所需的时间，约为37%。驰豫时间定义2:这些上升或下降时间表示设备惰性的大小。反应时间，上升时间：10%-90%；下降时间：90%-10%；探测器对入射辐射反应慢的参数；显示为时间常数，反应时间：5。频率响应R(f)，光探测器的响应是随入射辐射的调制频率而变化的特性。上限截止频率：2.2.3其他参数，定义：每秒产生的光电子数与入射光子数之比，杨紫效率()，表达式：入射辐射与第一个光源之间的相互作用，2。线性度，用探测器的非线性误差来描述。一般来说，在弱光照射下，探测器输出光电流可以在更大的范围内与输入光力具有线性关系。强光一般倾向于照射平方根关系。光电效应发生条件：E=h Eg(半导体禁宽)截止波长：基准波长，本晶半导体的长波限制，2-3光电探测器的噪声参数，显然噪声un(t)意味着u(t)偏离us(t)人们经常把这些干扰信号称为噪音。光电探测器在光电转换过程中还应引入称为光电探测器的噪音。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，光电，光电，光电)Us(t)表示信号，如果传输或转换后