光电技术第七周已授课.pptx

第二章光电探测器概述
光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件,是光电系统的核心组成部分,在光电系统中的作用是发现信号、测量信号,并提取必要的信息。
光电探测器的分类
光电倍增管
硅、锗光电二极管
铅锡光辐射探测
III-V族化合物探测器
硅、锗掺杂探测器
三元合金(HgCdTe)探测器
负电子亲和势半导体光电阴极
InGaAs光通信探测器
GaAs/AlGaAs量子阱探测器
与FET集成光探测器
(1)光电子发射探测器
(2)光电导探测器
(3)光伏探测器
(4)光电磁探测器
光子探测器简述
光电探测器的分类
在光电探测器的发展中,最受重视的是入射光子和材料的电子发生各种相互作用的光电子效应。几乎所有情况下,所用的材料部是半导体。众多的光电子效应中,只有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应和光电磁效应得到广泛的应用。
基于光电子发射效应的器件在吸收了大于红外波长的光子能量从器件材料中的电子能逸出材料表面,这种器件称为外光电效应器件。

基于光电导、光伏特和光电磁效应的器件,在吸收了大于红外波长的光子能量以后,器件材料中出现光生自由电子和空穴,这种器件称为内光电效应器件。
(1)光电子发射探测器
(2)光电导探测器
(3)光伏探测器
(4)光电磁探测器

内光电外光电
光电子发射探测器:真空光电管、光电倍增管。
●真空光电管由光电阴极和阳极构成,用于响应要求极快场合。●光电倍增管应用最广,其内部有电子倍增系统,有很高的电流增益,能检测极微弱的光辐射信号。
●光电子发射探测器主要用于可见光,对红外响应只有:
●银一氧一铯光电阴极()和新发展的
●负电子亲和势光电阴极(890纳米)只适用近红外探测。
光电子发射探测器利用光电子发射效应的探测器
●光电子发射效应也称外光电效应:入射辐射使电子从光电阴极表面发射到周围的空间中,即产生光电子发射。
●所需光能量取决于光电阴极的逸出功。因此,入射光超过某个长波限,光子能量低于阴极材料逸出功就不能产生光电子发射。
●阳极接收光电阴极发射的光电子所产生的光电流正比入射辐射的功率。
●光电导效应:大多数半导体和绝缘体光照下电阻减少。
●入射光辐射与晶格原子或杂质原子的束缚电子相互作用,产生自由电子一空穴对(本征光电导)、或自由电子/空穴(非本征光电导),从而使电导增加。
●所激发的载流子仍保留在材料内部,光电导是内光电效应。
●本征光电导,光子的能量要超过禁带宽度,才能激发出自由电子一空穴对。因此要求
(2)光电导探测器利用光电导效应的探测器
本征光电导体的长波限
非本征光电导的长波限
入射光辐射与晶格原子相互作用,
产生自由电子一空穴对(本征光电导)
或与杂质原子的束缚电子相互作用
产生自由电子或空穴(非本征光电导)
从而使电导增加
本征光电导
非本征光电导
。28周二
光电导变化的机理
本征光电导常用半导体的禁带宽度和长波限表2-1
CdS, CdSe 可见范围
铅盐:PbS PbSe PbTe红外
295K
多元本征 HgCdTe
PbSnTe
三个大气窗口
1-3,3-5
8-14 77K
波长越长,工作温度越低
非本征光电导硅、锗掺各种杂质半导体的电离能和长波限表 2-2
常用本征光电导半导体PbS、PbSe、PbTe
多元本征型的 HgCdTe
●工作在三个大气窗口:1~3µm; 3~5µm; 8 ~ 14µm
●重要窗口,常温下物体的辐射光谱峰值位于10µm,用于高空侦查、环境监测、资源调查。
●探测器需冷却到干冰温度(195K) 液氮温度(77K)
入射辐射使探测器的光电导发生变化,流经电路的电流发生变化,进而在负载电阻两端产生正比于入射辐射的信号
光电导探测器应用电路