最新光电探测器概述分析教学讲义ppt.ppt

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1、光电探测器概述分析光辐射探测系统由信息源、传输介质和接收系统组成。接收光学系统把信息源光辐射和背景及其它杂散光经传输介质一起会聚在光探测器上。光辐射所携带的信息，如：光谱能量分布、辐射通量、光强分布、温度分布等由光探测器转变成电信号测量出来，经电子线路处理后，可供分析、记录、存储或直接显示，从而识别被测目标。因此，光探测器是实现光电转换的关键部件，它的性能好坏对整个光辐射探测的质量起着至关重要的作用。光电二极管、三极管光电池光电二极管阵列Si/PIN光电二极管热电阻、热电偶热敏电阻热释电探测器耦合式GaAs/Al

2、GaAs多量子阱红外探测器结构(CCD)Chargedcoupleddevice2.1.2光辐射探测器分类光辐射探测器件是利用各种光电效应，或光热效应使入射光辐射强度转换成电学信息或电能的仪器。按用途分：成像、非成像探测器；按光谱响应分：紫外光、可见光、近红外、中红外、远红外探测器；按结构分：单元、多元、阵列光探测器；按工作转换机理分：光子（光电）、热探测器光电探测器件的工作原理是基于光电效应，而热探测器需要经过加热物体的中间过程，因此，前者反应速度快。光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的光

3、的照射下，释放出光电子的现象。当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而逸出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。有些物质受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增加，这种现象称为内光电效应。半导体的特点：由于原子间的相互作用而使能级分裂，离散的能级形成能带。分为价带、导带和禁带。半导体的能带结构价带：晶体中原子的内层电子能级相对应的能带被电子所填满，这种能带称为

4、价带；导带：价带以上未被电子填满或者是空的能带称为导带；禁带：导带和价带之间的能隙称为禁带。导带底和价带顶的能级间隙就是禁带宽度Eg。Eg价带导带禁带费米能级EF纯净（本征）半导体在绝对零度的理想状态下有一个被电子完全充满的价带和一个完全没有电子的导带，二者之间是禁带。这是半导体是一个不导电的绝缘体。但是本征半导体的禁带宽度Eg较小，在热运动活其它外界激发的作用下，价带的电子激发跃迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，使本征半导体形成导电特性。电子和空穴都是电流的载流者，统称为“载流子”半导体可分为本征半导体

5、.P型半导体.N型半导体。本征半导体：硅和锗都是半导体，而纯硅和锗晶体称本征半导体。硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。半导体类型杂质半导体的形成：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。N型半导体N型半导体：由于杂质原子的最外层有5个价电子，所以除了与周围硅原子形成共价键外，还多出一个电子。在常温下，由于热激发，就可使它们成为自由电子，显负电性。这N是从“Negative（负）”中取的第

6、一个字母。结论：N型半导体的导电特性：是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。多子：N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。少子：空穴为少数载流子，简称少子。施主原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。P型半导体：在纯净的4价本征半导体（如硅晶体）中混入了3价原子，譬如极小量（一千万之一）的硼合成晶体，使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。空穴的产生：由于杂质原子的最外层有3个价电子，当它们与周围的硅原子形成共价键时，就产生了一个“空位

7、”（空位电中性），当硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为不可移动的负离子，同时，在硅原子的共价键中产生一个空穴，由于少一电子，所以带正电。P型取“Positve（正）”一词的第一个字母。P型半导体结论：1、多子的浓度决定于杂质浓度。原因：掺入的杂质使多子的数目大大增加，使多子与少子复合的机会大大增多。因此，对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就愈低。2、少子的浓度决定于温度。原因：少子是本征激发形成的，与温度有关。多子：P型半导体中，多子为空穴。少子：为电子。受主原子：杂质原子中的空位吸收电子

8、，称受主原子。P型半导体杂质浓度越高，费米能级越低，N型半导体杂质浓度越高，费米能级越高。PN结的能带结构价带导带能隙EF结区P区N区PN结的形成当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动