【正文】 ???????????????????????高萊氣動(dòng)型熱探測(cè)器熱釋電探測(cè)器測(cè)輻射熱計(jì)熱電偶和熱電堆熱探測(cè)器光子牽引探測(cè)器光電子發(fā)射探測(cè)器光伏探測(cè)器光電導(dǎo)探測(cè)器光子探測(cè)器光電探測(cè)器光電效應(yīng) 光熱效應(yīng) 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電探測(cè)器概述 光輻射 非傳導(dǎo)電子 傳導(dǎo)電子 光輻射 電信號(hào) (廣義 ) 光電探測(cè)器 : 光電探測(cè)器的 分類方法 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電探測(cè)器概述 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 光探測(cè)器的噪聲 光探測(cè)器的性能參數(shù) 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 光電效應(yīng)： 光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)、光電子發(fā)射效應(yīng) 、光子牽引效應(yīng)和光磁電效應(yīng) 利用光電效應(yīng)制成的光電探測(cè)器稱為光子探測(cè)器 ，如光電導(dǎo)探測(cè)器、光伏探測(cè)器、光電子發(fā)射探測(cè)器等。 －－又稱 外光電效應(yīng) 。 ΦUS U ?ΦIS I ? 光探測(cè)器的特性參數(shù) 2. 靈敏度與光譜特性 光譜靈敏度 ： ? ? ? ?? ???? ΦUS U ? ? ? ? ?? ???? ΦIS I ?例 1：人眼 光譜靈敏度 例 2：硅光電器件 光譜靈敏度 S 光探測(cè)器的特性參數(shù) 2. 靈敏度與光譜特性 靈敏度 是表征探測(cè)器將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)能力的特性參數(shù)，又稱為 響應(yīng)率 。 22n r n r44kT fi ,u kT f RR???? 光電探測(cè)器的噪聲 f? 為測(cè)量的頻帶寬度 熱噪聲： 白噪聲 2. 散粒噪聲（ Shot噪聲） 光電探測(cè)器的 散粒噪聲 是由于探測(cè)器在光輻射作用或熱激發(fā)下引起光電子或載流子的隨機(jī)起伏 2ns 2ei I f??I為器件輸出平均電流 散粒噪聲：白噪聲 光電探測(cè)器的噪聲 3．產(chǎn)生－復(fù)合噪聲 －－又稱為 g－ r噪聲 （ Generation Rebination） 半導(dǎo)體器件中由于載流子的產(chǎn)生與復(fù)合而引起的平均載流子濃度的隨機(jī)起伏。 本征光電導(dǎo) ? ?d n pe np? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?光電導(dǎo)率： 非本征光電導(dǎo) 光電導(dǎo)率： ? ? ? ?? ? ? ?n d np d peNePnp? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?型型光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) N P PN結(jié) 光 一塊半導(dǎo)體， P區(qū)與 N區(qū)的交界面稱為 PN結(jié)。 以 N型為例， 少子的壽命？？？ 0c0d ( )d ( )t p ttpt????????? 以 N型為例，計(jì)算弱注入條件下 少子的壽命 復(fù)合率： R r n p?（熱）產(chǎn)生率： 0 0 0 0G R r n p??r為復(fù)合系數(shù) 熱平衡時(shí) 為什么？？？ 以 N型為例，計(jì)算弱注入條件下 少子的壽命 光生電子－空穴對(duì)的直接復(fù)合率可用材料中少子的變化率表示為 ? ? ? ?00 0 0 0d ( ) d ( )dd( ) ( )p t p tGRttr n p r n n t p p t?? ? ?? ? ? ? ? ? ?0d Δ ( )Δ ( )dptr n p tt??弱注入 Δn(t) =Δp(t) n0 以 N型為例，計(jì)算弱注入條件下 少子的壽命 0d Δ ( ) Δ ( )dpt r n p tt??0Δ () Δ (0 ) e r n tp t p ??0c0d ( )d ( )t p ttpt?????????c01 ( )/ r n? ?弱注入條件下，載流子壽命與熱平衡時(shí)多子電子的濃度成反比，并且在 一定溫度 下是一個(gè)常數(shù)。m2 sr1) [光 ]亮度 Lv 坎德拉 /平方米 (cd 光譜輻射通量 Φe(λ)： 光譜輻射通量與波長(zhǎng)的關(guān)系： 1．輻射能 Qe 2．輻射通量 Φe 3．輻射強(qiáng)度 ),( ??eI4． 輻射出射度 Me與輻射亮度 Le 5．輻射照度 Ee 6．光譜輻射量 光電技術(shù)中最常用： 輻射照度 輻射通量 . 2 輻射度量 光度量 ? 人眼只能感知波長(zhǎng)在 ～ 之間的輻射 ? 人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的感光靈敏度不同 1．光譜光視效率 或視見(jiàn)函數(shù) 最大值在 555 nm 表 1－ 1 1．光譜光視效率或視見(jiàn)函數(shù) 2．光度量的基本物理量 光度量的基本物理量與輻射度量一一對(duì)應(yīng) 輻射度量 符號(hào) 單位名稱 光度量 符號(hào) 單位名稱 輻［射］能 Qe 焦耳 (J) 光能 Qv 流明秒 (lms) 輻［射］通量或 輻［射］功率 Φ e 瓦 (W) 光通量或 光功率 Φ v 流明 (lm) 輻［射］照度 Ee 瓦 /平方米 (Wm2) 發(fā)光強(qiáng)度單位 —坎德拉（ Candela），記作 cd。 表明： 2. 非平衡載流子的壽命 ① 表征復(fù)合的強(qiáng)弱 ② τ c決定線性光電導(dǎo)探測(cè)器的時(shí)間特性 ③ τ c的大小與材料的微觀復(fù)合結(jié)構(gòu)、摻雜及缺陷 等因素有關(guān)。 PN結(jié)受到光照時(shí)，可在 PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象則稱為 光伏效應(yīng) 。 反向偏壓 : 負(fù)離子數(shù)增加 正離子數(shù)增加 外加電場(chǎng) 3)PN結(jié)電流方程、耗盡區(qū)寬度與結(jié)電容 反向偏壓 作用下，耗盡區(qū)寬度 變大 反向偏壓 : 負(fù)離子數(shù)增加 正離子數(shù)增加 外加電場(chǎng) 3)PN結(jié)電流方程、耗盡區(qū)寬度與結(jié)電容 反向電流 : －－ 數(shù)值較??？？？ 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 摘自教育部新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程 《 電子技術(shù) 》 — 大連海事大學(xué)制作 3)PN結(jié)電流方程、耗盡區(qū)寬度與結(jié)電容 T//00 11 UUe U k TI I e I e? ? ? ?（ ） （ ）電流方程： 正向電流和反向電流： 3)PN結(jié)電流方程、耗盡區(qū)寬度與結(jié)電容 耗盡區(qū)寬度： 1 / 2adDad2 )NNW U Ue N N??????????（單位面積 結(jié)電容： ? ?1 / 2ada d D2e N NCW N N U U?? ??????????（ ）減小結(jié)電容 對(duì)提高光伏器件的響應(yīng)速度有重要的意義！ 4)PN結(jié)光電效應(yīng) 平均擴(kuò)散長(zhǎng)度 電子 — 空穴對(duì)分離 電子 — 空穴對(duì) 光 照 光生電勢(shì)差 討論： 光－電轉(zhuǎn)換時(shí)間 光生電動(dòng)勢(shì)與光電流 P NE＋ － 光電流方向 光生電動(dòng)勢(shì)方向 光電流方向 與普通二極管電流相反 4)PN結(jié)光電效應(yīng) 光電流 e/0p 1U kTI I e I? ? ?（ ）光照下 PN結(jié)的電流方程： 普通二極管電流 4)PN結(jié)光電效應(yīng) 思考題： PN結(jié)加正向偏壓，如何影響光伏效應(yīng)？ 正向偏壓： P NEh v4)PN結(jié)光電效應(yīng) 結(jié)論： PN結(jié)加正向偏壓，不利于結(jié)區(qū)光生電子、空穴對(duì)的分離，光電效應(yīng) 不明顯 。 2n g r 4ei M I f??I為總的平均電流； M為光電增益 光電探測(cè)器的噪聲 2n g r 22c4e1M I fi?????產(chǎn)生－復(fù)合噪聲不再是 “ 白 ” 噪聲？？ 4． 1/f 噪聲 1/f 噪聲通常又稱為電流噪聲 －－也稱為閃爍噪聲或過(guò)剩噪聲 2nfcIiff????低頻區(qū)： 1kHz以下 機(jī)理目前尚不清楚 光電探測(cè)器的噪聲 5．溫度噪聲 熱探測(cè)器中由于器件本身吸收和傳導(dǎo)等的熱交換引起的溫度起伏 2 2 2 2Tn 4W G t G kT f? ? ? ?G為器件的熱導(dǎo) 光電探測(cè)器的噪聲 光探測(cè)器的噪聲 1．熱噪聲 (Johnson噪聲 ) 2. 散粒噪聲 3．產(chǎn)生－復(fù)合噪聲 4． 1/f 噪聲 5．溫度噪聲 實(shí)際的光電探測(cè)器所含的噪聲種類及大小，后面各章結(jié)合器件介紹。 例如： I=f（ Ф） I=f（ E） 光探測(cè)器的特性參數(shù) 例 1： P109 光電倍增管的 光電特性 線性度 重要性 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 2. 靈敏度與光譜特性 靈敏度 是表征探測(cè)器將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)能力的特性參數(shù)，又稱為