《- 信息材料课件-信息获取材料2 [兼容模式].pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《- 信息材料课件-信息获取材料2 [兼容模式].pdf（49页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、信息探测材料信息探测材料(2)Information Detector Materials光电技术学院光电技术学院主主 要要 内内 容容?光电导探测器光电导探测器光敏电阻光敏电阻?PN结光伏探测器的工作模式结光伏探测器的工作模式?硅光电池硅光电池太阳电池太阳电池?光电二极管光电二极管?光热探测器光热探测器?热敏电阻热敏电阻?热释电探测器热释电探测器光电导探测器光电导探测器半导体材料受光照射时半导体材料受光照射时，由于吸收光能量而形成非平衡载流由于吸收光能量而形成非平衡载流子而导致材料电导率增加子而导致材料电导率增加，这种现象称为光电导效应这种现象称为光电导效应。利用利用光电导效应制作的光探测器
2、称为光电导探测器光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称简称PC（Photoconductive)探测器探测器，通常又称为光敏电阻通常又称为光敏电阻。NPX XN NX XP P探探测测器器工工作作原原理理VE光电导探测器是在均质的光电导体两端加上电极后构成的光电导探测器是在均质的光电导体两端加上电极后构成的。两电极两电极加上一定电压后加上一定电压后，当光照射到光电导体上时当光照射到光电导体上时，材料形成本征吸收或材料形成本征吸收或杂质吸收杂质吸收，产生光生载流子产生光生载流子，在外加电场作用下沿一定方向运动在外加电场作用下沿一定方向运动，在光探测器输出回路中产生反映光信号强度的光电流在
3、光探测器输出回路中产生反映光信号强度的光电流。1 1、工作原理工作原理2 2、光电导探测器基本结构光电导探测器基本结构光敏度与两电极间距离光敏度与两电极间距离Z有关有关。因此因此，为了提高光敏电阻的光为了提高光敏电阻的光电导灵敏度电导灵敏度，要尽可能地缩短光敏电阻两电极间的距离要尽可能地缩短光敏电阻两电极间的距离，这这就是光敏电阻结构设计的基本原则就是光敏电阻结构设计的基本原则。光敏电阻结构示意光敏电阻结构示意光敏电阻的结构和偏置电路光敏电阻的结构和偏置电路4 4、工作特性工作特性（1）光谱响应特性光谱响应特性光敏电阻对各种光响应灵敏度随入射光的波长光敏电阻对各种光响应灵敏度随入射光的波长 变
4、化而变化的变化而变化的特性称为光谱响应特性特性称为光谱响应特性。谱响应特性通常用光谱响应曲线谱响应特性通常用光谱响应曲线、光光谱响应范围谱响应范围、峰值响应波长以及长波限来描述峰值响应波长以及长波限来描述。把响应度随波把响应度随波长变化的规律画成曲线称为光谱响应曲线长变化的规律画成曲线称为光谱响应曲线。通常取响应的相对变化值通常取响应的相对变化值，并把响应的相对最大值作为并把响应的相对最大值作为1，这这种曲线称为种曲线称为“归一化光谱响应曲线归一化光谱响应曲线”。光敏电阻的本质是电阻光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律符合欧姆定律，因此它具有与普通因此它具有与普通电阻相似的伏安特性电阻相似的伏安
5、特性，但是它的电阻值是随入射光功率而变但是它的电阻值是随入射光功率而变化的化的。（2 2）伏安特性伏安特性暗电阻暗电阻：光敏电阻在室温条件下光敏电阻在室温条件下，全暗全暗（无光照射无光照射）后经过后经过一定时间测量的电阻值一定时间测量的电阻值，称为暗电阻称为暗电阻。此时在给定电压下流此时在给定电压下流过的电流为暗电流过的电流为暗电流。亮电阻亮电阻：光敏电阻在某一光照下的阻值光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮称为该光照下的亮电阻电阻。此时流过的电流称为亮电流此时流过的电流称为亮电流。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过实用的光敏电阻的暗电阻往往超过10M,甚至高达甚至高达100M，而亮电阻则
6、在几而亮电阻则在几k以下以下，暗电阻与亮电阻之比在暗电阻与亮电阻之比在102106之之间间，这一比值越大这一比值越大，光敏电阻的灵敏度越高光敏电阻的灵敏度越高。（3）时间响应特性光敏电阻的时间响应光敏电阻的时间响应(又称为惯性又称为惯性)比其他光电器件要差一些比其他光电器件要差一些，频率响应要低一些频率响应要低一些，当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻时时,光生电子要有产生的过程光生电子要有产生的过程，光生电导率光生电导率，要经过一定的时要经过一定的时间才能达到稳定间才能达到稳定。当停止辐射时当停止辐射时，复合光生载流子也需要时间复合光生载流子也需要时间，表
7、现出光敏电阻具有较大的惯性表现出光敏电阻具有较大的惯性。光敏电阻是多数载流子导电光敏电阻是多数载流子导电，温度特性复杂温度特性复杂。随着温度随着温度的升高的升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降，温度的温度的变化也会影响光谱特性曲线变化也会影响光谱特性曲线。观测光敏电阻的相对光电观测光敏电阻的相对光电导率随温度的变化关系导率随温度的变化关系，可以看出光敏电阻的相对光电可以看出光敏电阻的相对光电导率随导率随温度的升高而下降温度的升高而下降，光电光电（4 4）温度特性温度特性响应特性随着温度的变化较大响应特性随着温度的变化较大。因此因此，在温度变化大的情况下在温度变
8、化大的情况下，应采取制冷措施应采取制冷措施，尤其对长波长尤其对长波长红外辐射的探测领域更为重要红外辐射的探测领域更为重要。(1)CdS和和CdSe探测器探测器这是两种低造价的可见光辐射探测器这是两种低造价的可见光辐射探测器，它们的主要特点是高可靠和它们的主要特点是高可靠和长寿命长寿命，因而广泛应用于自动化技术和摄影机中的光计量因而广泛应用于自动化技术和摄影机中的光计量。这两种这两种器件的光电导增益比较高器件的光电导增益比较高(103104)，但响应时间比较长但响应时间比较长(大约大约50ms)。1-光导层光导层;2-玻璃窗口玻璃窗口;3-金属外壳金属外壳;4-电极电极;5-陶瓷基座陶瓷基座;6
9、-黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃;7-电阻引线电阻引线。RG1234567(a)结构(b)电极(c)符号CdS光敏电阻的结构和符号光敏电阻的结构和符号3 3、几种典型的光敏电阻几种典型的光敏电阻(2)PbS探测器探测器这是一种性能优良的近红外辐射探测器这是一种性能优良的近红外辐射探测器，其波长响应范围在其波长响应范围在1 m3.4 m，峰值响应波长为峰值响应波长为2 m，内阻内阻(暗阻暗阻)大约为大约为1M ，响响应时间约应时间约200 s，室温工作能提供较大的电压输出室温工作能提供较大的电压输出。广泛应用于遥广泛应用于遥感技术和武器红外制导技术感技术和武器红外制导技术。（3）InSb（锑化铟锑化铟
10、）探测器探测器主要用于主要用于3 m5 m波段的大气窗口波段的大气窗口。在在77k下下,长波限为长波限为5.5 m，峰值响应波长为峰值响应波长为5m，峰值比探测峰值比探测率率D*=4.31010cmHz1/2/W（4）HgxCd1-xTe（碲镉汞碲镉汞）探测器探测器HgxCd1-xTe也简写为也简写为MCT或或CMT，它是由它是由HgTe和和GdTe两种材两种材料混在一起的固溶体料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分其禁带宽度随组分x呈线性变化呈线性变化。当当x=0.2时响应波长为时响应波长为814m,工作温度工作温度77k。pn结光伏探测器光伏探测器是利用半导体光伏探测器是利用半导体PN结光伏
11、特效应而制成的探测器结光伏特效应而制成的探测器，简称简称PV(Photovoltaic)探测器探测器。PN结光伏探测器的典型结结光伏探测器的典型结构及作用原理如下图所示构及作用原理如下图所示。RL光伏探测器工作模式光伏探测器工作模式光伏探测器工作模式：光伏模式和光导模式光伏模式和光导模式。在零偏压时称在零偏压时称为光伏工作模式为光伏工作模式，在反偏电压时称为光导模式在反偏电压时称为光导模式。光导模式光导模式光伏模式光伏模式硅光电池硅光电池太阳电池太阳电池硅光电池的用途大致可分为两类硅光电池的用途大致可分为两类：?第一类是用做光电探测器件使用第一类是用做光电探测器件使用；第二类是用做电源第二类是
12、用做电源。?作为光电探测器件作为光电探测器件，广泛用于近红外辐射的探测器广泛用于近红外辐射的探测器、光电光电读出读出，光电耦合光电耦合，激光准直激光准直，光电开关以及电影还声等光电开关以及电影还声等。这这类应用要求光电池照度特性的线性度好类应用要求光电池照度特性的线性度好。?作为电源作为电源，广泛用做太阳能电池广泛用做太阳能电池，作为人造卫星作为人造卫星、野外灯野外灯塔塔、无人气象站无人气象站、微波站等设备的电源使用微波站等设备的电源使用。此类应用主要此类应用主要要求价廉要求价廉，输出功率大输出功率大。硅光电池按衬底材料的不同可分为硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR型和型和2CR型型。图所示
13、图所示为为2DR硅光电池的结构硅光电池的结构。它是在它是在P型硅片上扩散硼形成型硅片上扩散硼形成N型层型层，并用电极引线把并用电极引线把N型和型和P列层引出列层引出，形成正负电极形成正负电极。为防止表为防止表面反射光面反射光，提高转换效率提高转换效率，通常在器件受光面上进行氧化通常在器件受光面上进行氧化，形成形成SiO2保护膜保护膜。光电池结构光电池结构G+-h h Si钢片透明电极引出电极绝缘层硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池光电二极管常用光伏探测器主要有常用光伏探测器主要有PN型光电二极管型光电二极管、PIN光电二极管光电二极管、雪崩光电二极管雪崩光电二极管、光电三极管光电三极管、硅光电池
14、等硅光电池等。1、Si 光电二极管光电二极管具有光伏效应的半导体材料有很多具有光伏效应的半导体材料有很多，如硅如硅(Si)、锗锗(Ge)、硒硒(sc)、砷化镓砷化镓(GaAs)等半导体材料等半导体材料。利用这些材料能够制造利用这些材料能够制造出具有各种持点的光生伏特器件出具有各种持点的光生伏特器件。其中硅光生伏特器件具有其中硅光生伏特器件具有制造工艺简单制造工艺简单、成本低等特点成本低等特点。因此因此，硅光电二极管应用最硅光电二极管应用最为广泛为广泛，同时也是最具有代表性同时也是最具有代表性、最基本的光生伏特器件最基本的光生伏特器件，其他光伏器件是在它的基础上为提高某方面的特性而发展起其他光伏
15、器件是在它的基础上为提高某方面的特性而发展起来的来的。硅光电二极管的两种典型结构硅光电二极管的两种典型结构，其中其中(a)是采用是采用N型单晶硅和硼扩散型单晶硅和硼扩散工艺工艺，称为称为pn结构结构。它的型号是它的型号是2CU型型。而而(b)是采用是采用P型单晶和型单晶和磷扩散工艺磷扩散工艺，称称np结构结构。它的型号为它的型号为2DU型型。2CU型型2DU型型硅光电二极管的结构硅光电二极管的结构（1）光谱响应特性光谱响应特性Si光电二极管光谱响光电二极管光谱响应范围应范围：0.41.1 m峰值响应波长约为峰值响应波长约为0.9 m通常将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流通常将其峰
16、值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度灵敏度。硅光电二极管的电流响应率通常在硅光电二极管的电流响应率通常在0.405 A/W（2）伏安特性伏安特性由图可见由图可见，在低反压下电流随在低反压下电流随光电压变化非常敏感光电压变化非常敏感。这是由这是由于反向偏压增加使耗尽层加宽于反向偏压增加使耗尽层加宽、结电场增强结电场增强，它对于结区光的它对于结区光的吸收率及光生裁流子的收集效吸收率及光生裁流子的收集效率影响很大率影响很大。当反向偏压进一当反向偏压进一步增加时步增加时，光生载流子的收集光生载流子的收集已达极限已达极限，光电流就趋于饱和光电流就趋于饱和。这时这时，光电流与外加反向偏压光电流
17、与外加反向偏压几乎无关几乎无关，而仅取决于入射光而仅取决于入射光功率功率。（3）频率响应特性频率响应特性光电二极管的频率特性响应主要由三个因素决定光电二极管的频率特性响应主要由三个因素决定：(a)光生载流子在耗尽层附近的扩散时间光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；(b)光生载流子在耗尽层内的漂移时间光生载流子在耗尽层内的漂移时间；(c)与负载电阻与负载电阻RL并联的结电容并联的结电容Ci所决定的电路时间常数所决定的电路时间常数。频率特性优于光电导探测器频率特性优于光电导探测器,适宜于快速变化的光信号探适宜于快速变化的光信号探测测。由于由于PN结耗尽层只有几微米结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中
18、性区吸大部分入射光被中性区吸收收，因而光电转换效率低因而光电转换效率低，响应速度慢响应速度慢。为改善器件的特性为改善器件的特性，在在PN结中间设置一层本征半导体结中间设置一层本征半导体(称为称为I)，这种结构便是常用这种结构便是常用的的PIN光电二极管光电二极管。PINPIN光光电电二极二极管原理管原理P-SiN-SiI-SiPIN管结构PN管结构PIN管结构示意图PINPIN管的结构管的结构：在在P P型半导体和型半导体和N N型半导体之间夹着一层本征半导体型半导体之间夹着一层本征半导体。因为本征层相因为本征层相对于对于P区和区和N区是高阻区区是高阻区这样这样，PNPN结的内电场就基本上全集
19、中于结的内电场就基本上全集中于 I I 层中层中。P-SiN-SiI-SiPINPIN管的结构管的结构：在在P P型半导体和型半导体和N N型半导体之间夹着一层本征半型半导体之间夹着一层本征半导体导体。因为本征层相对于因为本征层相对于P区和区和N区是高阻区区是高阻区这样这样，PNPN结的内结的内电场就基本上全集中于电场就基本上全集中于 I I 层中层中。I层很厚层很厚，吸收系数很小吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子吸收而产生大量电子-空穴对空穴对，因而大幅度提高了光电转换效因而大幅度提高了光电转换效率率，从而使灵敏度得以提高从而使灵敏度
20、得以提高。两侧两侧P层和层和N层很薄层很薄，吸收入射吸收入射光的比例很小光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂因而光生电流中漂移分量占支配地位移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度从而大大提高了响应速度。P-SiN-SiI-Si雪崩光电二极管雪崩光电二极管（APD）PIN型光电二极管提高了型光电二极管提高了PN结光电二极管的时间响应结光电二极管的时间响应，但对器但对器件的灵敏度没有多少改善件的灵敏度没有多少改善。为了提高光电二极管的灵敏度为了提高光电二极管的灵敏度，人人们设计了雪崩光电二极管们设计了雪崩光电二极管，使光电二极管的光电灵敏度提高到使光电二极管
21、的光电灵敏度提高到需要的程度需要的程度。雪崩光电二极管是利用雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管一种二极管。雪崩光电二极管是具有内增益的一种光伏器件雪崩光电二极管是具有内增益的一种光伏器件。它利用光生载流子在它利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益以获得光电流的增益。在雪崩过在雪崩过程中程中，光生载流子在强电场的作用下高速定向运动光生载流子在强电场的作用下高速定向运动，具有很高动能的具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子碰撞光生电子或空穴与晶格原子碰撞，使晶格原子
22、电离产生二次电子使晶格原子电离产生二次电子空空穴对穴对；二次电子和空穴对在电场的作用下获得足够的动能二次电子和空穴对在电场的作用下获得足够的动能，又使晶格又使晶格原子电离产生新的电子原子电离产生新的电子空穴对空穴对，此过程像此过程像“雪崩雪崩”似地继续下去似地继续下去。电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数，这时雪崩光这时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加电二极管的输出电流迅速增加。I0NPP(N)光反向偏压U光电流暗电流输出光电流I00UB雪崩光电二极管输出电流雪崩光电二极管输出电流I和反偏压和反偏压U的关系示于图的关系示于图。随着反向
23、偏压的增加随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加光电流急剧增加，最后器件被击穿最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压这个电压称为击穿电压UB。光电二极管输出电流I和反向偏压U的关系雪崩光电二极管的电流增益用倍增系数或雪崩增益雪崩光电二极管的电流增益用倍增系数或雪崩增益M表示表示，它定义为它定义为:倍增系数倍增系数M与与PN结所加的反向结所加的反向偏压有关偏压有关。一般在一般在100200V。也有的管也有的管子工作电压更高子工作电压更高。0iiM=i为输出电流为输出电流，i0为倍增前的电流为倍增前的电流
24、.?雪崩光电二极管具有电流增益大雪崩光电二极管具有电流增益大，灵敏度高灵敏度高，频率响应快频率响应快，带宽可达带宽可达100GHz。是目前响应最快的一种光敏二极管是目前响应最快的一种光敏二极管。它在微弱辐射信号的探测方向被广泛地应用它在微弱辐射信号的探测方向被广泛地应用。?在设计雪崩光敏二极管时在设计雪崩光敏二极管时，要保证载流子在整个光敏区的要保证载流子在整个光敏区的均匀倍增均匀倍增，这就需要选择无缺陷的材料这就需要选择无缺陷的材料，必须保持更高的工必须保持更高的工艺和保证结面的平整艺和保证结面的平整。?其缺点是工艺要求高其缺点是工艺要求高，受温度影响大受温度影响大。雪崩光电二极管特点雪崩光
25、电二极管特点:光子探测器与热探测器比较光子探测器与热探测器比较入射辐射与晶格相互作用入射辐射与晶格相互作用，晶晶格吸收了辐射能而增加振动能格吸收了辐射能而增加振动能量量，引起材料温度上升引起材料温度上升，从而从而使与温度有关的性质发生变化使与温度有关的性质发生变化。其响应表示单位时间吸收辐射其响应表示单位时间吸收辐射能量的大小能量的大小。1.具有波长选择性具有波长选择性；无波长选择性无波长选择性；特性特性入射光子与束缚态电子作入射光子与束缚态电子作用用，将其激发为自由态将其激发为自由态，从而引起电阻导率变化从而引起电阻导率变化。其响应表示单位时间内吸其响应表示单位时间内吸收光子数目的多少收光子
26、数目的多少。工作工作机理机理光子探测器光子探测器热探测器热探测器2.存在长波限存在长波限；光谱范围更宽光谱范围更宽；3.高灵敏度高灵敏度；灵敏度较高灵敏度较高；4.响应时间快响应时间快；响应速度较快响应速度较快；5.常需低温工作常需低温工作；室温工作室温工作；6.不如热探测器方便不如热探测器方便。探测率比不上低温光子探测器探测率比不上低温光子探测器。光电倍增管（PMT）-光电子发射器件光照射在某些材料表面上时光照射在某些材料表面上时，如果光子能量如果光子能量hv足够大足够大，就能够使表就能够使表面发射出电子面发射出电子。这一现象叫做光电子发射这一现象叫做光电子发射，又叫做外光电效应又叫做外光电
27、效应。EhvEk=式中式中Ek表示光电子离开发射体表面的动能表示光电子离开发射体表面的动能；hv是光子能量是光子能量；E 是光电发射是光电发射体的功函数体的功函数。Ehv 产生光电子发射的条件产生光电子发射的条件：图中图中K是光电阴极是光电阴极，A是阳极是阳极，在阴极和阳极间设置了若干个二次发在阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极射电极Dl、D2、Dn，它们分别称为第一倍增电极它们分别称为第一倍增电极、第二倍增电第二倍增电极极、第第n倍增电极倍增电极。光电倍增管工作时光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定相邻电极之间保持一定电位差电位差，其中阴极电位最低其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高
28、各倍增电极电位逐级升高，阳极电位最阳极电位最高高。当入射光照射阴极当入射光照射阴极K时时，使阴极产生光电子发射使阴极产生光电子发射。从阴极逸出的光电从阴极逸出的光电子被第一倍增电极子被第一倍增电极D1加速加速，以高速轰击以高速轰击D1，引起二次电子发射引起二次电子发射，一一个入射的光电子可以产生多个二次电子个入射的光电子可以产生多个二次电子。D1发射出的二次电子又被发射出的二次电子又被D1和和D2间的电场加速间的电场加速，射向射向D2并再次产生二次电子发射并再次产生二次电子发射，这样逐级这样逐级产生二次电子发射产生二次电子发射，使电子数量迅速增加使电子数量迅速增加，这些电子最后被阳极这些电子最
29、后被阳极A所所收集收集，形成阳极光电流形成阳极光电流I ，在负载在负载RL上产生信号电压上产生信号电压Uo。当光信号变当光信号变化时化时，阴极发射的光电子数目发生相应的变化阴极发射的光电子数目发生相应的变化，由于各倍增极的倍增由于各倍增极的倍增系数基本上是常数系数基本上是常数，所以阳极电流亦随光倍号而变化所以阳极电流亦随光倍号而变化。光电倍增管的基本电路各倍增极的电压是用分压电阻获得的，阳极电流流经负载电阻得到输出电压。当用于测量稳定的辐射通量时，图中虚线连接的电容C1、C2、Cn和输出隔离电容C0都可以省去。G_+光阴极检流计高压电源h h 倍增极R阳极RRRRRA光电倍增管特性参数光电倍增
30、管特性参数（1）阴极灵敏度阴极灵敏度（阴极光照灵敏度阴极光照灵敏度）：）：阴极输出电流阴极输出电流Ik与入射于光电阴极的光通量与入射于光电阴极的光通量 的比值的比值:=kkIS单位单位:A/lm(微安微安/流明流明)测量阴极光照灵敏度时测量阴极光照灵敏度时，使用钨灯产生的使用钨灯产生的2856K色温光作为测试光源色温光作为测试光源。(2)阳极灵敏度阳极灵敏度（阳极光照灵敏度阳极光照灵敏度）：）：阳极灵敏度表示在一定工作电压下阳极灵敏度表示在一定工作电压下，阳极输出电流阳极输出电流Ia与入射于光电阴极的与入射于光电阴极的光通量光通量 的比值的比值:kaaIS=单位单位:A/lm(安安/流明流明)
31、测量阳极光照灵敏度时测量阳极光照灵敏度时，使用钨灯产生的使用钨灯产生的2856K色温光作为测试光源色温光作为测试光源。光电倍增管是电流放大器件光电倍增管是电流放大器件。在一定的阳极电压和入射光通量下在一定的阳极电压和入射光通量下，电流电流增益为增益为：式中式中，I Ia a为阳极电流为阳极电流，I Ik k为阴极电流为阴极电流（3 3）放大倍数放大倍数（电流增益电流增益）G GkaIIG=光电倍增管无光照时光电倍增管无光照时，阳极电路中的电流称为暗电流阳极电路中的电流称为暗电流。暗电流决定光电暗电流决定光电倍增管的极限灵敏度倍增管的极限灵敏度。（4 4）暗电流暗电流Id各种光电检测器件的性能比
32、较vv 在频率响应与时间响应在频率响应与时间响应：以光电倍增管和光电二极管以光电倍增管和光电二极管(尤其是尤其是PIN管与雪管与雪崩管崩管)为最好为最好；vv 光电线性度光电线性度：以光电倍增管以光电倍增管、光电二极管光电二极管、光电池为最好光电池为最好；vv 灵敏度灵敏度：以光电倍增管以光电倍增管、雪崩光电二极管雪崩光电二极管、光敏电阻和光电三极管为最光敏电阻和光电三极管为最好好；值得指出的是值得指出的是，灵敏度高不见得就是输出电流大灵敏度高不见得就是输出电流大，而输出电流大的器而输出电流大的器件有大面积光电池件有大面积光电池、光敏电阻光敏电阻、雪崩光电二极管与光电三极管雪崩光电二极管与光电
33、三极管；vv 外加电压外加电压：最低的是光电二最低的是光电二、三极管三极管，光电池不需加电源光电池不需加电源；vv 暗电流暗电流：光电倍增管与光电二极管最小光电倍增管与光电二极管最小，光电池不加电源时无暗流光电池不加电源时无暗流，加反加反压后比压后比PMT与光电二极管大与光电二极管大；vv长期工作的稳定性长期工作的稳定性：以光电二极管以光电二极管、光电池光电池为最好为最好，其次是其次是PMT与光电三极管与光电三极管；在光谱响应方面在光谱响应方面，以光电倍增管和以光电倍增管和CdSe光敏电阻为最宽光敏电阻为最宽，但但PMT响应偏紫外方面响应偏紫外方面，而光敏电阻响应偏红外方面而光敏电阻响应偏红外
34、方面。选择和使用光探测器应注意的几个问题（1）探测器的光谱响应范围与所要探测的光波长匹配探测器的光谱响应范围与所要探测的光波长匹配（2）探测器的频率响应要与入射光的调制频率相匹配探测器的频率响应要与入射光的调制频率相匹配（3）在需要测量信号大小或信号形状时在需要测量信号大小或信号形状时，应选择线性度较好的应选择线性度较好的探测器探测器（4）探测器的工作温度探测器的工作温度（5）探测器偏置要求和电压允许值探测器偏置要求和电压允许值（6）选取合适的电路工作频率范围选取合适的电路工作频率范围（7）对所测的辐射强度范围有所估计对所测的辐射强度范围有所估计，以防烧坏探测器以防烧坏探测器。光热探测器光热探
35、测器是基于光热效应工作的探测器光热探测器是基于光热效应工作的探测器。光热效应是材料吸收光能量后引起材料的温度升高,伴随着温升材料的某种物理性质发生变化，这种现象称为光热效应。我们介绍两种重要的热探测器我们介绍两种重要的热探测器：热敏电阻热敏电阻、热释电探测器热释电探测器的的工作原理工作原理。1、热敏电阻热电导效应热电导效应：有些金属材料有些金属材料，随着温度升高电阻升高随着温度升高电阻升高，即电导率减小即电导率减小。而而某些半导体材料随着温度的升高电导率增大某些半导体材料随着温度的升高电导率增大，即电阻下降即电阻下降。把这些现象称为热电导效应把这些现象称为热电导效应。热敏电阻是基于热电导效应工
36、作的探测器热敏电阻是基于热电导效应工作的探测器。金属材料和半导体材料的热电导效应的差异是由于其能带结金属材料和半导体材料的热电导效应的差异是由于其能带结构的差异引起的构的差异引起的。热敏电阻通常是由热敏电阻通常是由Mn、Ni、Co、Cu氧化物氧化物，或或Ge、Si、InSb等半导体材料做成的电阻器等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化其阻值随温度而变化。电阻随温度变化的规律电阻随温度变化的规律：RTRT=式中式中：)/(TRRT =T称为热敏电阻的温度系数称为热敏电阻的温度系数,T 0称为正温度系数称为正温度系数,T0称称为负温度系数为负温度系数。半导体和金属的电阻温度系数半导体和金属的
37、电阻温度系数半导体的电阻温度系数半导体的电阻温度系数 T比金比金属高一个量级属高一个量级。图给出了半导体材料和金属图给出了半导体材料和金属(白白金金)的温度特性曲线的温度特性曲线，白金的电白金的电阻温度系数为正值阻温度系数为正值，大约为大约为0.37；而半导体材料电阻温度系数为而半导体材料电阻温度系数为负值负值，大约为大约为36。热释电探测器热释电探测器热释电效应热释电效应是热电晶体在温度变化时产生的一种现象。在某些极性晶体(例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等)中，即使在无外电场和应力的条件下，本身也会产生自发电极化。由于自发极化，在垂直于电极化矢量Ps的晶体表面上出现面束缚电荷，面电荷密度
38、s|Ps|。热电体的|Ps|决定了面电荷密度 s的大小，当|Ps|发生变化时，面电荷密度 s也跟着变化。Ps s热释电探测器的工作原理热释电探测器的工作原理sPLR调制光辐射用调制频率为用调制频率为f 的红外辐射照射的红外辐射照射热释电晶体热释电晶体，就会使得晶体的温就会使得晶体的温度度、晶体的自发极化以及由此而晶体的自发极化以及由此而引起的面束缚电荷均随频率引起的面束缚电荷均随频率f 发发生变化生变化。设晶体内部自由电荷起中和作用的平均时间为设晶体内部自由电荷起中和作用的平均时间为 。多数的热释多数的热释电晶体的电晶体的 值在值在1s到到1000s之间之间。如果频率较低如果频率较低，f 1/
39、，体内自由电荷就来不及中和面束缚电荷的变化体内自由电荷就来不及中和面束缚电荷的变化，结果就使晶体在垂直于结果就使晶体在垂直于Ps的两端面间出现开路交流电压的两端面间出现开路交流电压。把这两端面附以电极把这两端面附以电极，并接上负载并接上负载RL，就会有电流流过负载就会有电流流过负载。总之总之，当有当有f 1/的调制辐射照射到晶体时的调制辐射照射到晶体时，负载负载RL的两端就会产生交流信号电的两端就会产生交流信号电压压，这就是热释电探测器的工作原这就是热释电探测器的工作原理理。sPLR调制光辐射因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变化率的
40、变化率，不像其他热探测需要有个热平衡过程不像其他热探测需要有个热平衡过程，所所以其响应速度比其他热探测器快得多以其响应速度比其他热探测器快得多。热释电材料举例热释电材料举例具有热释电特性的材料有上千种具有热释电特性的材料有上千种，但广泛应用的不过十几种但广泛应用的不过十几种，主要有硫酸三苷肽主要有硫酸三苷肽（TGS）、铌酸缌钡铌酸缌钡、（SBN）、锆钛酸锆钛酸铅镧铅镧、钽酸锂钽酸锂（LT）、钡酸锂钡酸锂、热释电陶瓷和聚合物薄膜热释电陶瓷和聚合物薄膜。居里温度oC热释电系数C/cm2oC波长范围 mD*cmHzW-1硫酸三苷肽493.510-30.2525 109铌酸缌钡1156.610-30.
41、568 108钡酸锂12000.410-30.45使用热释电探测器应注意的问题（1）热释电探测器是一种交流响应器件热释电探测器是一种交流响应器件，对稳定辐射不响应对稳定辐射不响应，因此入射因此入射辐射必须是经过调制的辐射必须是经过调制的；（2）每一种材料都有一个特定温度每一种材料都有一个特定温度，称为居里温度称为居里温度。当温度高于居里温当温度高于居里温度后度后，自发极化会消失自发极化会消失；只有低于居里温度时只有低于居里温度时，材料才有自发极化性质材料才有自发极化性质。所以正常使用时所以正常使用时，都要使器件工作在离居里温度稍远一点的温度区域都要使器件工作在离居里温度稍远一点的温度区域。（3）热释电探测器是一种高阻抗低噪声的电容性器件热释电探测器是一种高阻抗低噪声的电容性器件，阻抗阻抗 1010 。这就这就要求跟随它的前置放大器应具有高输入阻抗要求跟随它的前置放大器应具有高输入阻抗，低输入电容和低噪声的特性低输入电容和低噪声的特性。结型场效应晶体管结型场效应晶体管(JEET)阻抗高阻抗高，噪声小噪声小，是制作热译电探测器前置放大器是制作热译电探测器前置放大器的理想器件的理想器件。Thanks!