《光辐射探测器》课件

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1、第九章光辐射探测器RadiationDetector1、基本原理(a)光热效应(b)光电效应(光电导、光伏、光电发射）(c)探测器噪声(热、散粒、产生/复合、低频、温度）(d)性能参数2、光热探测器(热敏电阻、热释探测器）3、光电探测器(a)光电导器件(b)PN结型光电器光电池、光电二级管、光电三级管、光电场效应管4、光电发射器件（光电管、光电倍增管）光热效应PhotothermalEffect光辐射光敏材料吸收转变为热能，温度变化T材料物理性质变化电信号光热效应的一般机理：辐射吸收系数，辐射通量，T温度变化，Ct材料热容量，Gt器件与环境的热导率被调

2、制的辐射通量：时间无关项：时间相关项：低频：t=Ct/Gt高频：光热效应PhotothermalEffect光热效应器件的特点：1、响应时间较慢2、响应的波长范围宽(紫外到40um)3、响应灵敏度与波长依赖性弱主要器件：测辐热电偶、测幅热敏电阻、高莱管、热释电探测器光电效应PhotoelectricEffect光电效应：光波与物质相互作用，产生或释放出电子，从而产生电压或电流的物理现象光电效应主要有以下三类：1、光电导效应光敏电阻2、光伏效应（PN结光电效应）光电池、光电二三极管、光电场效应管3、光电发射效应光电管、光电倍增管光电效应特点：1、响应较快（ps

3、～s量级）2、半导体光电器件体积较小3、量子效率较高半导体基本概念－能带BasicConceptofSemiconductor—EnergyBand能带的形成固体的导电性半导体基本概念－能带BasicConceptofSemiconductor—EnergyBand半导体的能带特征：1、所有电子刚好填满价带，绝对零度不能导电2、导带绝对零度为空带，即无电子占据，可以导电3、禁带Eg较小，常温下有一定导电能力光子与半导体相互作用InteractionBetweenPhotonandSemiconductor导带激发出电子价带激发出空穴半导体载流子常温下半导体的

4、统计特性SemiconductorStatisticsatnormaltemperature态密度g(E):单位能量单位体积内在能带中的电子状态数(特征波函数的个数)，在导带低和价带顶g(E)(E-Ec)1/2和(Ev-E)1/2热平衡时，电子满足费米分布，即在某一能态找到电子的几率。导带的电子浓度:价带的空穴浓度:根据导带电子浓度计算公式，可得常温下半导体的统计特性SemiconductorStatisticsatnormaltemperature当E-Ec>>kBT时，在非简并的半导体中，费米分布近似为同时也可以得，价带空穴浓度，这里，NC、NV称分别

5、为导带和价带的有效能态密度物质作用定律：ni为本征浓度结论：在热平衡时，“空穴”和电子浓度乘积与半导体类型、电子空穴浓度无关N型半导体N-typeSemicondutor砷有五个价电子，形成共价键后，多出一个自由电子，受砷离子作用，形成类氢原子结构。利用氢原子模型可以算得，这电子须获得0.05eV的能量才能到达导带形成载流子。这种五价的原子承担提供电子的作用，称为施主杂质（DonorImpurity)，kBT~0.025eV电导率：＝ene＋ephNdeeP型半导体P-typeSemicondutor硼B有三个价电子，形成共价键后，周围的硅原子缺一电

6、子形成共价键，形成一“空穴”。当外面电子过来填补这一空缺后，硼原子变成负离子，“空穴”将远离硼离子，但更外面的电子更难靠近硼离子，因此等效于“空穴”收到硼离子的吸引力。同样形成类氢原子结构。利用氢原子模型可以算得，这空穴须获得0.05eV的能量才能到达价带形成载流子。这种三价原子承担接受电子的作用，称为受主杂质（AcceptorImpurity）kBT~0.025eV电导率：＝ene＋ephNaehP型和N型半导体P-andN-typeSemicondutor所有情况满足物质作用定律：本征半导体：n＝p＝niP型半导体：p>n=ni2/p“空穴”为多

7、数载流子，MajorityCarrier，电子为少数载流子，MinorityCarrier；pNan型半导体：n>p=ni2/n电子为多数载流子，MajorityCarrier，电子为少数载流子，MinorityCarrier；nNd半导体的PN结PNJunctionofSemicondutor浓度差产生扩散电流内建电场E0，漂移电流平衡耗尽层高阻抗半导体的PN结PNJunctionofSemicondutor由电荷守恒：高斯定理：电场与电压关系：可得内建电场E0和电压V0，分别为利用玻尔兹曼分布和质量作用定律，可得半导体的PN结PNJunctionofS

8、emicondutorpn结能带图半导