光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件-免費(fèi)閱讀
【正文】 又如 InSb（銻化銦）器件，工作溫度在 300K，長(zhǎng)波限為 ，峰值波長(zhǎng)在 6um，工作溫度為 77K時(shí)，長(zhǎng)波限為，峰值波長(zhǎng)為 5um，變化明顯。但性能不一定就好，對(duì)兩種光電器件只有在相同信號(hào)輻射功率相同情況下才能比較。 熱噪聲電壓和電流均方值為： U=4kTRΔ f I=4kT(Δ f/R) 其中 R為導(dǎo)體電阻， k為玻耳茲曼常數(shù)， T為導(dǎo)體的熱力學(xué)溫度，Δ f為測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬。即入射光輻射到檢測(cè)器后或入射光被遮斷后，光電檢測(cè)器件輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需要的時(shí)間。存在截止波長(zhǎng)。 當(dāng)有光照結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生溫度變化就會(huì)產(chǎn)生溫差電現(xiàn)象。 Tc P T O Tc P T O 極化晶體的極化強(qiáng)度與溫度 T的關(guān)系：一級(jí)相變（左）和二極相變（右） 隨 著溫度的升高，自發(fā)極化強(qiáng)度越來越弱，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，自發(fā)極化強(qiáng)度為零，極化晶體發(fā)生相變?yōu)榉菢O化晶體。所以以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測(cè)器件比以光電導(dǎo)效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測(cè)器件有更快的響應(yīng)速度。當(dāng)加入足夠多的砷施主雜質(zhì)時(shí)，致使鍺晶體從 p型轉(zhuǎn)變?yōu)?n型（ n型 Ge： Au： As），從曲線中可看到長(zhǎng)波限相應(yīng)于 。同時(shí)由于雜質(zhì)原子數(shù)目少，所以雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)相對(duì)本征光電導(dǎo)來說也微弱得多。由于光電導(dǎo)不存在一個(gè)明顯的長(zhǎng)波限， 最大值一半時(shí)所處的波長(zhǎng)定為長(zhǎng)波限。表明，光電導(dǎo)增益越大，光電靈敏度越高，而器件的帶寬越低。而且，光電導(dǎo)體的靈敏度還與電極間距 l的平方成反比。下面討論一下光電導(dǎo)體的這三個(gè)參數(shù)。用 EI表示雜質(zhì)半導(dǎo)體的電離能，則截止波長(zhǎng)： λ0=hc/EI。 屬于內(nèi)光電效應(yīng)。 包括： 外光電效應(yīng)： 產(chǎn)生電子發(fā)射 內(nèi)光電效應(yīng)： 內(nèi)部電子能量狀態(tài)發(fā)生變化 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 12 光電效應(yīng)解釋 ? 物質(zhì)在光的作用下，不經(jīng)升溫而直接引起物質(zhì) 中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，因而產(chǎn)生物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射等現(xiàn)象。 ? 產(chǎn)生的非平衡電子濃度等于價(jià)帶非平衡空穴濃度 。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 5 平衡和非平衡載流子 ? 處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度一定。 （純凈 Si在室溫下電導(dǎo)率為 5*106/(歐姆 ?厘米 )。 ? 電阻率 106 ~103歐姆 ?厘米范圍內(nèi) —— 導(dǎo)體 ? 電阻率 1012歐姆 ?厘米以上 —— 絕緣體 ? 電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間 —— 半導(dǎo)體 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 3 半導(dǎo)體的特性 ? 半導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的，而且對(duì)溫度變化非常敏感。 ? 摻入的雜質(zhì)可以分為 施主雜質(zhì) 和 受主雜質(zhì) 。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為 非平衡載流子 。 載流子濃度很大時(shí)，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴產(chǎn)生帶內(nèi)能級(jí)間躍遷而出現(xiàn)的非選擇性吸收 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 10 激子和晶格吸收 ? 指所吸收輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裨拥恼駝?dòng)能量，或由庫侖力相互作用形成電子和空穴的能量。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 14 光電導(dǎo)效應(yīng) ? 光電導(dǎo)效應(yīng)：光照射的物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生改變，光照變化引起材料電導(dǎo)率變化。即： hvEg 即存在截止波長(zhǎng)： λ0=hc/Eg=。半導(dǎo)體和絕緣體都有這種效應(yīng)。根據(jù)恒照即定態(tài)條件下電子與空穴的產(chǎn)生率與復(fù)合率相等可推導(dǎo)出： G = βτ/ tL ： （ 1） 式中 β為量子產(chǎn)額，即吸收一個(gè)光子所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)； τ為光生載流子壽命； tL為載流子在光電導(dǎo)兩極間的渡越時(shí)間，一般有 tL = l /μE = l2 /μU （ 2） 將式（ 1）代入式（ 2）可得 G = βτμU/l2 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 20 式中 l為光電導(dǎo)體兩極間距； μ為遷移率； E為兩極間的電場(chǎng)強(qiáng)度； U為外加電源電壓。 E t O i(%) t O 100 63 37 τr τf 矩形光脈沖 光電導(dǎo)對(duì)光強(qiáng)變化反應(yīng)的惰性引起光電流變化的延遲 當(dāng)輸入功率按照正弦規(guī)律變化時(shí) ,輸出光電流與光功率調(diào)制頻率變化關(guān)系是一低通特性。如 PbS， PbSe， PbTe可以有效地利用到 10μ m的紅外光波段，而 CdS可以有效地利用可見光到 X光的短波范圍。這時(shí)受表面影響大，諸如表面能級(jí)、表面復(fù)合與電極等可能降低量子產(chǎn)額，減少載流子遷移率與壽命，都將引起光電導(dǎo)下降。 圖中三條曲線各表示摻有不同量的砷施主雜質(zhì)。即光生電動(dòng)勢(shì)。光照時(shí)，晶體溫度升高，電偶極子熱運(yùn)動(dòng)加劇，極化強(qiáng)度減弱，表面感應(yīng)電荷數(shù)減小，但 中和過程 （達(dá)數(shù)秒）要遠(yuǎn)大于極化強(qiáng)度的 響應(yīng)過程 （ 1012s），相當(dāng)于釋放了一些電荷，對(duì)外表面為電流。說明溫度越高，電阻溫度系數(shù)越
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