《光辐射探测》PPT课件

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1、第四章光辐射探测技术光子效应是指在光照情况下，电子逸出电子表面的现象。可制作：光电管和光电倍增管指在光照情况下，物质内部原子释放的电子留在内部而使物体的导电性能增加，电阻值减小的现象，大多数高电阻的半导体都具有这种现象。光生伏特效应：产生一定方向电动势的现象。内光电效应光电导效应外光电效应光热效应热敏电阻、热电偶、热释电等了解：光子效应与光热效应的区别4.1.2光电发射效应光电发射体的功函数光电发射条件：光电效应截止波长：光电导器件就是把光生载流子引起的电阻变化作为电信号进行检测的器件。在没有光照的时候电阻非常大（可达M欧），有光

2、照的时候电阻下降到K欧以下。光电导器件可以分为本征型和掺杂型两种。掺杂型的光电导器件主要用作红外线检测用的光接收器件用。4.1.3光电导器件光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如下条件：是禁带宽度是杂质能带宽度光敏电阻机理：光照射将引起半导体中的电子和空穴增加，电子和空穴的增加导致了电导率的增加。【1本征型光电导器件的工作原理】半导体载流子的迁移率半导体的电导率：半导体的电导：本征型导带禁带价带其中，q为电子电荷大小；、为电子和空穴的迁移率；分别为电子和空穴产生的速率。电导率的变化，引起通过其的电流大小的变化。u为加在器件

3、两端的电压。在光照情况下，光生载流子率分别为：和则：带入可得：电流增益：N型半导体Cds和CdSe这两种器件是用于可见光和红外区域最广泛的光电导器件。CdS光敏电阻可在人视觉接近的范围内灵敏地工作，其线性度和温度特性都很好，但缺点是响应速度不快，约几十毫秒。CdS常用于照相机或专门的测光表中。而CdSe的响应与白炽灯或氖灯的光源的输出具有良好的匹配，线性度和温度特性都不太好，但其响应速度快，几个毫秒。所以CdSe光敏电阻常用作光电开关使用。【2光敏电阻材料】1）Cds和CdSe此外，还有应用于低温环境下的，如：本征型半导体：HgC

4、dTe；掺杂型的：Ge：Au、Ge：Zn、Si：Ga等。2）PbS和PbSe在波长范围为的近红外线范围内应用。这两者的特点是：都是本征光电导器件，检测精度高，可在室温下使用，所以被广泛地应用。【3应用】简单的暗激发光控开关精密的暗激发光控开关光电二极管和光电导器件都是利用内光电效应的光接收器件，所不同的是：光电二极管是利用PN结在光辐射作用下产生的光伏效应制成的。而光电导器件是利用光生载流子引起的电流变化作为了电信号附加在外部偏压上而被检测出来。主要有光电池、光电二极管、光电三极管等。对于二极管而言，由于它利用的是PN结的内部电场

5、，所以往往使用反向电压。4.2光伏效应【1结构与符号】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一定温度下半导体中电子和空穴的热运动是不能引起载流子净位移，从而也就没有电流。但漂移和扩散可使载流子产生净位移，从而形成电流。载流子的输运—扩散与漂移载流子因浓度不均匀而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。（1）扩散【2光生伏特效应】（2）漂移载流子在外电场作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。讨论漂移运动的重要参量：迁移率μ（电子迁移率，空穴迁移率），

6、μ的大小主要决定于晶格振动及杂质对载流子的散射作用。上图为光注入，非平衡载流子扩散示意图。光在受照表面很薄一层内即被吸收掉。受光部分将产生非平衡载流子，其浓度随离开表面距离x的增大而减小，因此非平衡载流子就要沿x方向从表面向体内扩散，使自己在晶格中重新达到均匀分布。光注入，非平衡载流子扩散示意图在电场中多子、少子均作漂移运动，因多子数目远比少子多，所以漂移流主要是多子的贡献。对于漂移对于扩散在扩散情况下，如光照产生非平衡载流子，此时非平衡少子的浓度梯度最大，所以对扩散流的贡献主要是少子。电中性的P型半导体电中性N型半导体在内电场的

7、作用下，载流子产生漂移，但随着载流子运动的进行，界面间电场的增高，反过来促使漂移运动加强，这一对立运动在一定温度和条件下达到平衡。从而形成稳定的内电场。①②空穴电子③积累负电荷积累正电荷扩散内电场④电子空穴漂移1）内电场的形成【3PN结光伏效应的产生】当光照射光电二极管pn结部位时，只要入射光的能量大于半导体禁带宽度时，就产生本征激发，激发便产生电子-空穴对，P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子由于受到pn结的阻挡作用，不能通过结区。而在内电场的作用下，P区中的电子驱向N区，空穴驱向P区。这样在P区就积累了多余的空穴，N区积累了

8、多余的电子。从而产生了附加的与内电场相反的电场。该附加电场对于外电路来说，将产生由P到N方向的电动势。当外接电路时，将有光电流通过，这就是光伏效应。2）附加电场的形成图4-3障层光电效应原理当光照PN结端面时，由于光子的入射深度有限，不会得到好的效