光电探测器的物理效应

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,第4章 光辐射的探测技术,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,一、光子效应和光热效应,光子效应,(photonic effect),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,光热效应,(,photothermal effect,),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,二、光电发射效应,光电发射效应,：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,截止频率,截止波长,三、光电导效应,光电导现象半导体材料的“,体,”效应,本征,半导体,光电导过程,光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长满足如下条件：,是禁带宽度,是杂质能带宽度,光敏电阻,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,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,。,四、光伏效应,光伏现象半导体材料的,“结”,效应,例如：,雪崩二极管,光照,零偏,pn,结产生开路电压的效应,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,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。,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,六、热释电效应,热释电材料电介质,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。,升高到T,c,值时，自发极化突然消失，T,C,称为居里温度,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11000秒量级,热释电探测器是一种,交流,或瞬时响应的器件。,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,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。,光电检测器件的特点,光子器件,热电器件,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,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，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。以下是属于内光电效应的有（）。,A、光电发射效应,B、光 电 导 效 应,C、光生伏特效应,D、光 磁 效 应,BCD,知识巩固,在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于(),A、,外光电效应,B、,内光电效应,C、,光电发射,D、,光导效应,BD,知识巩固,以下几种探测器属于热探测器的有：（）。,A、热电偶型,B、热释电型,C、高莱气动型,D、热敏电阻型,ABCD,课后作业：,P161 4.1，4.2,