《ch光辐射探测器》PPT课件

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1、Ch7光辐射探测器件光电探测器的物理效应光电探测器件中的噪声光电导、光伏探测器件、光电倍增管热释电探测器件变像管、增像管、摄像管电荷耦合器件（CCD）光电探测器的物理效应光电效应：入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子相互作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象。光热效应：吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子能量状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度的上升，从而使元件的电学或其他的物理性质发生变化。1887年，赫兹研究了电火花的紫外光照射在火花隙缝的负电极上时有助于放电

2、．1888年，德里斯登的霍尔瓦克斯发现在光的影响下，物体释放出负电．1900年，普朗克提出能量子假设，给出正确的黑体辐射公式，为此获1918年Nobel物理学奖．1905年，爱因斯坦提出光量子理论，解释了光电效应，为此获1921年Nobel物理学奖．1916年，密立根用实验证实了爱因斯坦的光电效应理论，为此及其油滴实验获Nobel物理学奖1905年，爱因斯坦发表了论文<<关于光的产生和转化的一个启发性观点>>，成功的解释了光电效应并确定了它的规律．他以勒纳利总结出的光电效应性质作为光是微粒的根据，并且和德

3、国物理学家普朗克的量子假设结合起来，提出了量子假说.光电效应1.内光电效应2.外光电效应1.光伏效应2.光电导效应外光电效应：受到光照后，产生电子发射的现象。1.光吸收2.电子向界面运动3.克服表面势垒向外逸出（爱因斯坦定律）（斯托列托夫定律）物理效应光电导效应：半导体材料吸收能量足够大的光子后，使原来处于束缚态的电子或空穴变为自由状态，从而使半导体的电导率增加。光照前：光照后：物理效应光伏效应：零偏状态，光照射p（或n）区，只要照射波长<=lc，就会激发出光生电子空穴对，p区的电子在电场作用下到N区，n

4、区的空穴到p区，使得势垒降低，相当于加了正向电压eVDeVD-eV光照前后pn结的能带结构物理效应光热效应：探测元件吸收光能量后，把吸收的光能转化为晶格的热运动能量，引起探测器件的材料物理性质的变化．探测器件材料吸收辐射而温度升高，可产生温差电动势，电阻率，自激化强度或使气体体积，压强发生变化温差热电偶，热电堆金属和半导体热敏电阻测辐射热器热释电探测器介质的极化强度随温度变化而改变，引起表面电荷变化的现象．PsTTc光辐射的强度物质温度变化自发极化强度变化物理效应光电转换定律：其中，光功率光电流量子效率1

5、.光电探测器对入射光功率的响应是光电流，探测器是电流源2.光功率正比光电场的平方，非线性器件电子数光子数光生电荷物理效应光辐射探测的噪声１.与信号检测有关的噪声２.其他噪声量子噪声：光子的随机性和光电子的随机性．暗电流噪声：无光照，流过检测器的电流具有随机起伏的特性．漏电流噪声：器件表面不完善（缺陷和污染）引起的．倍增噪声：由于倍增过程的统计特性而产生的附加散粒噪声．产生－复合噪声１/f噪声背景噪声热噪声噪声功率谱密度表明非周期起伏量中含谐波成分的方法．噪声一系列随机事件的谱密度函数散粒噪声光电子发射器件

6、和光伏器件中出现的噪声，是由载流子随机产生和流动造成电流波动引起的噪声．电路中的通频带带宽噪声噪声功率载流子数的平均值产生－复合噪声噪声10-8~10-9s渡越时间载流子的平均寿命热噪声１／f噪声lnf1/f产生复合噪声热噪声ln温度噪声噪声光电转换器件是把光转换成电或通过光信号来控制电信号的器件光电转换器件根据光与物质的相互作用而产生的不同物理效应，光电转换器件分为：光电导器件：是无结光检测器，它根据半导体在光的照射下，会改变自身的电导率的特点制成，是利用了内光电效应的器件。光伏器件：结型光检测器，其内

7、部有一个以上的PN结，它根据光照射下结的耗尽层或本征层内产生了电荷，从而改变器件对流过自身电流的控制能力的原理工作的。利用光生伏打效应，可制成不同类型光伏器件，如：光电池、光电二极管、光电三极管、光控可控硅、摄像器件(CCD)等。利用内光电效应制成的器件。3.光电子发射器件：是利用外光电效应的器件。如光电倍增管。分类：光电转换器件根据光电转换器件的用途来区分：光电探测器件。光电成像器件。光电导探测器光电导探测器是利用光电导效应制作的光探测器，主要特征是受到光照后，器件的电阻发生变化。包括：光敏电阻、光导管

8、。0.03eV1eV2.4eV禁带导带价带光电导体的能带能够产生光电导效应的电子跃迁类型包括：本征吸收和杂质吸收。电子吸收了光子能量后，从价带跃迁到导带或从禁带中的杂质能级跃迁到导带或从价带跃迁到禁带中的杂质能级，其结果是在导带中产生了自由电子或在价带中产生了空穴。光电转换器件0.40.81.21.62.02.40.20.40.60.81.0(m)R1231-CdS2-CdSe3-PbS三种光敏电阻的光谱响应特性曲线光电导