軍用紅外技術(shù)ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 07:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PS + ?1 + ?2 = 0 當(dāng)晶體吸收了紅外輻射后，溫度上升。 由于 PS是溫度的函數(shù)，且馳豫時(shí)間很短（ 1012 s)，故 PS迅速變化。但 ?1和 ?2馳豫時(shí) 間長(zhǎng)達(dá)幾分鐘（甚至達(dá)小時(shí)），遠(yuǎn)跟不上 通常條件下的溫度變化，于是晶體表面的 電中性條件被破壞，呈帶電狀態(tài)。 若沿與極化強(qiáng)度正交方向?qū)⒕w切成 薄片，并在兩端表面沉淀金屬電極，在紅 外輻射照射下，兩電極間就有電壓。此電 壓與晶體的溫度變化的變化率成正比，而 不是與溫度的變化量成正比。 若外接電路，則形成所謂的熱釋電流。 此類晶體叫熱釋晶體。此效應(yīng)稱為熱釋電 效應(yīng)。 若以調(diào)制頻率為 f的紅外輻射照射，則 晶體的溫度、自發(fā)極化強(qiáng)度及由此引起的 表面束縛電荷密度均以同樣頻率變化。只 要 f1小于自由電荷中和面束縛電荷所需要 的時(shí)間，則在垂直 PS的兩端面間就產(chǎn)生交 變的開路電壓。 熱釋電現(xiàn)象與溫度密切相關(guān)。這是因 為曲線 (PS T)在不同 T點(diǎn)有不同的斜率。 且每種熱釋電材料都有一個(gè)特定溫度 Tcu, 當(dāng) T Tcu時(shí)， PS = 0 。 Tcu叫居里點(diǎn)。只 有當(dāng) T〈 Tcu時(shí)，才有熱釋電現(xiàn)象。居里 點(diǎn)低的材料易退極化，失去熱釋電性能。 常用的熱釋電材料有硫酸三甘肽、參 L?丙胺酸改性后的 硫酸三甘肽 (LATGS)、 鉭酸鋰 (LiTaO3)、鈮酸鍶鋇 (SBN)晶體、 鋯鈦酸鉛 (PZT)類陶瓷、聚氟乙烯 (PVF)和 聚二氟乙烯聚合物薄膜。 光子探測(cè)器 光子探測(cè)器亦稱量子探測(cè)器，系基于 光電效應(yīng)而工作。其中基于外光電效應(yīng)叫 外光電探測(cè)器或真空光電探測(cè)器；而基于 內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo) (PC)和光伏 (PV) 型探測(cè)器。 外光電探測(cè)器于微光夜視儀類似，利 用逸出功低的光電陰極。 光電導(dǎo) (PC)探測(cè)器的工作物質(zhì)多為半導(dǎo) 體。當(dāng)入射光子的能量不小于被輻射半導(dǎo) 體的禁帶寬度或雜質(zhì)電離能時(shí)，便在體內(nèi) 產(chǎn)生自由電子或空穴，使材料的電導(dǎo)率上 升。在外加偏壓的作用下，輸出與入射能 量相應(yīng)的電信號(hào)。光電導(dǎo)效應(yīng)有本征型與 非本征型之分。 PbS、 InSb、 HgCdTe屬本 征型半導(dǎo)體，而鍺參雜、硅參雜者屬非本 征型。由于雜質(zhì)的電離能遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體的 禁帶寬度，故參雜半導(dǎo)體的長(zhǎng)波限比本征 型的要長(zhǎng)。但由于雜質(zhì)濃度低，故非本征 光電效應(yīng)比本征型的弱得多。因光電探測(cè) 器的電阻對(duì)光敏感，故也稱為光敏電阻。 光伏 (PV)型探測(cè)器以光生電動(dòng)勢(shì)原理 來工作。當(dāng)光照射 pn結(jié)時(shí)， p 區(qū)、 n區(qū)和 結(jié)區(qū)都產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，而 p 區(qū)的光生空 穴和 n區(qū)的光生電子被 pn結(jié)處的結(jié)電場(chǎng) 阻擋，不能進(jìn)入結(jié)區(qū)。只有 p 區(qū)的光生電子 可擴(kuò)散到 n區(qū)一側(cè)的結(jié)邊界， n區(qū)的光生 空穴 可擴(kuò)散到 p區(qū)一側(cè)的結(jié)邊界。同時(shí)， 結(jié)區(qū)的光生電子 空穴對(duì)受結(jié)電場(chǎng)的作用 而分開，電子漂向 n區(qū)，空穴漂向 p區(qū)。上 述過程的總效果是使 p區(qū)和 n區(qū)各自獲得光 生正電荷和負(fù)電荷，使 pn結(jié)的勢(shì)壘高度 降低。這種由光輻射而產(chǎn)生的勢(shì)壘變化稱 之為光生電動(dòng)勢(shì)，此現(xiàn)象叫光生伏打效應(yīng)。 可將上述過程總結(jié)為三個(gè)主要物理 過程： ? 吸收光能發(fā)出非平衡電子空穴對(duì)； ?非平衡電子和空穴從產(chǎn)生處向非均 勻勢(shì)場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以是擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)也可是飄移運(yùn)動(dòng)； ?非平衡電子和空穴在非均勻勢(shì)場(chǎng)區(qū) 作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)而分離。 這種 非均勻勢(shì)場(chǎng)可以是 pn結(jié)、金屬與半 導(dǎo)體間的肖特基勢(shì)壘和異質(zhì)結(jié)等。 肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器是光伏探測(cè)器 的一種。將金屬沉積在半導(dǎo)體表面。由于 金屬和半導(dǎo)體中的載流子所處的能級(jí)的差 異，它們會(huì)由高能級(jí)向低能級(jí)方向轉(zhuǎn)移， 其結(jié)果是出現(xiàn)內(nèi)建電場(chǎng)。由于此電場(chǎng)對(duì)上 述轉(zhuǎn)移的抑制，很快就達(dá)到平衡，形成穩(wěn) 定的結(jié)區(qū)勢(shì)壘 肖特基勢(shì)壘 (Schottky— barrier). 當(dāng)入射光輻射打破這種平衡時(shí)，就產(chǎn)生 光伏效應(yīng)。在這種器件中， 勢(shì)壘就在半 導(dǎo)體表面形成，光生載流子直接在勢(shì)壘 區(qū)內(nèi)，這既省去了擴(kuò)散時(shí)間，又減少了 復(fù)合損失，使器件響應(yīng)快、靈敏度高。 但入射光要通過金屬層，有部分光能損 失。 Josephson界探測(cè)器。 1962年 Josephson 指出：在兩片超導(dǎo)體之間夾一層薄絕緣 材料 (如厚 103?m的氧化層 )，形成小 勢(shì)壘 的弱耦合結(jié)。由于結(jié)兩邊超導(dǎo)體種電子 的相位相關(guān)性和量子隧道效應(yīng)，電子可 穿過此絕緣層。這種具有量子隧道效應(yīng) 的弱耦合結(jié)叫做 Josephson結(jié)。 若將外路連通，街上就有零偏壓超 導(dǎo)電流，稱之為直流 Josephson電流。如 在結(jié)上另加直流電壓 V,則結(jié)上除有直流 Josephson電流外，還有一交流超導(dǎo)電流， 即交流 Josephson電流，其頻率與 V成正比。 若有輻射照射在結(jié)上，則流過結(jié)的零偏壓 超導(dǎo)電流將發(fā)生變化，至使界的伏安特性 改變。基此可制成性能優(yōu)良的探測(cè)器 Josephson結(jié)探測(cè)器。 目前點(diǎn)接觸型 Josephson結(jié)探測(cè)器達(dá) 到的
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