光电探测器概述ppt课件.ppt

概述§2-1发展简况与分类热电偶温度计热释电探测器光电二极管、三极管光电二极管阵列热电阻、热电偶热敏电阻热释电探测器耦合式GaAs/AlGaAs
多量子阱红外探测器结构(CCD)Chargedcoupleddevice2.1.2光辐射探测器分类半导体的特点：由于原子间的相互作用而使能级分裂，离散的能级形成能带。分为价带、导带和禁带。半导体可分为本征半导体.P型半导体.N型半导体。

本征半导体：硅和锗都是半导体，而纯硅和锗晶体称本征半导体。硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。结论：

N型半导体的导电特性：是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。
P型半导体：在纯净的4价本征半导体（如硅晶体）中混入了3价原子，譬如极小量（一千万之一）的硼合成晶体，使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。结论：
1、多子的浓度决定于杂质浓度。原因：掺入的杂质使多子的数目大大增加，使多子与少子复合的机会大大增多。因此，对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就愈低。

2、少子的浓度决定于温度。原因：少子是本征激发形成的，与温度有关。P型半导体杂质浓度越高，费米能级越低，N型半导体杂质浓度越高，费米能级越高。PN结的形成Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。它对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动，结果使空间电荷区变窄。ＰＮ结的单向导电性（2）外加反向电压（反偏）外加反偏电压于结内电场方向一致，没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，电子被拉向n区，空穴被拉向p区而形成光电流，使反向电流明显变大。同时势垒区一侧一个扩散长度内的光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。光的强度越大，反向电流也越大。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电探测器特点热探测器特点§2-2光电探测器的响应性能参数2.2.1光电探测器的工作条件
光电探测器和其它器件一样，有一套根据实际需要而制定的特性参数。

它是在不断总结各种光电探测器的共同基础上而给以科学定义的，所以这一套性能参数科学地反映了各种探测器的共同因素。

依据这套参数，可以评价探测器性能的优劣，比较不同探测器之间的差异，从而达到根据需要合理选择和正确使用光电探测器的目的。

显然，了解各种性能参数的物理意义十分重要。响应率（度）RV、RI

单位入射光功率作用下探测器的输出电压（流），即灵敏度。——器件对全色入射辐射的响应能力，定义为器件的输出信号与输入辐射功率之比，用R来表示。2.单色灵敏度（光谱响应度）实用表示法注意：光谱响应率和光谱量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。
由上式可绘出Rλ－λ曲线，称为等量子效率曲线。
Rλ－λ关系曲线即光谱响应随波长的变化关系，因此，Rλ－λ曲线也称为光谱响应特性曲线。3.积分响应度R4.时间响应特性实际器件的响应都具有滞后现象（惰性）：描述时间响应特性的参数：弛豫时间和幅频特性。（1）起始弛豫定义为响应值上升至稳定值的时所需的时间，约为63%；
（2）衰减弛豫定义为响应值下降至稳定值的时所需的时间，约为37%。响应时间5.频率响应R（f）2.2.3其它参数2.线性度
光电效应发生的条件：E=hEg(半导体禁带宽度)

截止波长：

§2-3光电探测器的噪声参数前两种又称为有形噪声，一般可以预知，因而总可以设法减少和消除。最后一种噪声来自物理系统内部，表现为一种无规则起伏，称为无规噪声。从上面讨论中，我们应该建立这样的观念：主要来源：

系统外部，通常由电、磁、机械等因素引起。如电源50Hz干扰、工业设备电火花干扰等，具有一定规律性，采取适当措施（如屏蔽、滤波、远离噪声源等）可将其减小或消除；

系统内部材料、器件或固有的物理过程的自然扰动。如：任何导体中带电粒子无规则运动引起的热噪声、光探测过程中光子计数统计引起的散粒噪声