【正文】 Τ e是時間常數(shù)。 3 熱釋電探測器 a）溫度不變束縛電荷與吸附電荷相平衡； b）溫度變化時電荷不平衡； c）溫度變化時的等效電荷 溫度變化時的熱釋電現(xiàn)象 167。 3 熱釋電探測器 在通常情況下，這些束縛電荷不表現(xiàn)出電性，因為它被表面吸附的雜散電荷和通過自身導(dǎo)電作用引進的自由電荷所中和，即 12 0sP ??? ? ?12 0sP ??? ? ?當溫度變化時，由于 Ps的弛豫時間很?。s 1ps）， σ σ 2就跟不上通常應(yīng)用條件下溫度的變化， 此時晶體表面的電中性條件被破壞，表面呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象，就在外電路中產(chǎn)生電流。晶體的這種性質(zhì)也被稱為熱釋電效應(yīng)。單位體積內(nèi)產(chǎn)生的自發(fā)偶極矩稱為自發(fā)極化強度矢量，常用 Ps表示。對壓電晶體施加壓力能夠產(chǎn)生電極化。在輻射量不大時，若選擇四個電阻的阻值相同，則上式變?yōu)? 14URVR??4 TUVT???167。 2 測輻射熱計 在無入射輻射時，電橋平衡，輸出電壓 V=0。半導(dǎo)體材料與 T2成反比而為 167。材料電阻隨溫度的變化可用下式表示 TRaR T ???1T T? ?2T T?? ??式中 α T稱為材料的電阻溫度系數(shù)。 2 測輻射熱計 測輻射熱計是利用入射輻射使敏感元件的溫度提高后從而使電阻隨之改變而測出輻射的熱探測器。優(yōu)點：每個節(jié)上產(chǎn)生的電壓相加提高輸出電壓；串聯(lián)連接使熱電偶電阻增加，易于放大器匹配；串聯(lián)連接還可降低熱電偶的相應(yīng)時間。 1 溫差熱電偶和熱電堆 其幅頻特性為 ? ? ? ?? ?1212 1A G j???????? ???? ? ? ? ? ?12220 l g 20 l g 1LA?? ??? ? ? ?? ???其對數(shù)幅頻特性為 167。 1 溫差熱電偶和熱電堆 為了研究溫差電偶系統(tǒng)對交變的輸入量的影響，將熱流動平衡方程寫為： 39。 若 P為一階躍量 P0，解上面的一階線性微分方程，可得其解為 式中， τ ＝ CdZt為時間常數(shù)，要增加系統(tǒng)快速響應(yīng)，就要減小時間常數(shù)；要增大熱阻 Zt，就要減小敏感元件與周圍環(huán)境的熱交換。對傳導(dǎo)性熱傳輸，熱阻Zt為 tLkAZ ?增大溫差電偶臂 L、減小熱導(dǎo)系數(shù) k和電偶臂界面 A均可以增大 Zt，從而增大溫差電偶的響應(yīng)率。 167。 1 溫差熱電偶和熱電堆 由上式可得 ? ?20 1 2d L d tIV R R T Z?? ? ?212d n d tR T Z??? ?12 dd L d nI TR R R?? ???1dtPT QZ ???? ? 12d dtPIT TZ ? ????上式表明，珀爾帖效應(yīng)相當于在電路中加了一個動態(tài)電阻 Rdn 由上式可得 若敏感面上入射功率為 P，敏感面表面的吸收率為 α，則在敏感面上的穩(wěn)定狀態(tài)時的熱流平衡方程為 167。 1 溫差熱電偶和熱電堆 式中 β12為珀爾帖系數(shù)，它與 Seebeck系數(shù) α12有如下關(guān)系 1212 dT? ??由于有 ΔQ1，會使 J1點的溫度下降 Δ（ ΔTd）， ? ? 12d d tIT T Z????式中 Zt為熱結(jié) J1處敏感元的熱阻。 當由兩種不同金屬或半導(dǎo)體臂狀物在兩端分別連接成的閉合回路為 溫差電偶 ，如圖所示。單位時間單位體積吸收或放出熱量為 IdxdTdtdQ 12??物理意義：單位溫差通過單位電流吸熱或放熱的速率 167。 1 溫差熱電偶和熱電堆 （ 3）湯姆遜（ Tomson）效應(yīng) 在單一均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體中存在著與珀耳帖效應(yīng)相同的現(xiàn)象。熱交換速率與通過的電流成正比，這種現(xiàn)象稱為珀耳帖效應(yīng)。當電流流過兩個不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的回路的時，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同的節(jié)點處分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象。 1 溫差熱電偶和熱電堆 1 2 1 212 0l imTV d VaT d T??????dTaV TT 1212 0??12 12V a T??物理意義：單位溫差所產(chǎn)生的電動勢的凈增量 167。所產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電動勢，回路稱為熱電偶或溫差電池。通過這兩點的閉合回路中就有電流流過，這個現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。 167。它基于材料吸收了光輻射能量以后溫度升高的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象稱為光熱效應(yīng)，光熱效應(yīng)的特點是入射光輻射與物質(zhì)中晶格相互作用，晶格因吸收光能而增加振動能量，這與光子將能量直接轉(zhuǎn)移給電子的光電效應(yīng)有本質(zhì)的不同。 167。利用Josephson結(jié)效應(yīng)可研制出從射頻到遠紅外寬廣頻率范圍內(nèi)、靈敏度為皮瓦的探測器。階梯處電壓 Vn和外加輻照信號頻率 f的關(guān)系為 n為階梯級數(shù)。這種在隧道結(jié)中有隧道電流通過而不產(chǎn)生電位降的現(xiàn)象，稱之為直流 Josephson效應(yīng) 167。若通過隧道結(jié)的電流小于某一臨界值，在結(jié)上沒有電位降，則在隧道結(jié)的伏安特性曲線中存在一個零電壓的電流。 其他光子探測器 Josephson結(jié)探測器 Pb－ PbO－ Pb隧道結(jié)的伏安特性曲線 在兩超導(dǎo)薄膜之間被一層（厚約 10197。利用這種效應(yīng)制成的光電探測器叫做光電磁探測器（ PME器件）。 其他光子探測器 光電磁探測器 光電磁效應(yīng) 將半導(dǎo)體置于強磁場中，當半導(dǎo)體表面受到光輻射照射時，在表面產(chǎn)生電子－空穴對，并且濃度逐漸增大，電子和空穴便向體內(nèi)擴散，在擴散過程中，受到強磁場的洛倫茲力的作用，使空穴和電子的偏轉(zhuǎn)方向相反，從而在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生一個電場，阻礙著電子和空穴的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，如果這時將半導(dǎo)體兩端短路，則產(chǎn)生短路電流；開路時，則有開路電壓。缺點是靈敏度低，典型器件的單位帶寬等效噪聲功率為 10－ 3W，只有在強光下才能使用。但是 HgCdTe光電二極管只能在微弱光信號下使用，而光子牽引探測器則適用于強光探測。 其他光子探測器 光子牽引探測器 光子牽引探測器是一種非勢壘光伏效應(yīng)探測器。 光伏探測器 167。 當光電池作為測量元件時，最好能保持 溫度恒定， 或采取溫度補償措施 167。 光伏探測器 （ 3）溫度特性 光電池的溫度特性曲線主要指光照射光電池時 開路電壓 Voc與短路電流 Isc隨溫度變化的情況。光功率很小時，內(nèi)阻變大，頻率特性變壞。 光伏探測器 （ 2）頻率特性 對于光電池來說，由于載流子在 p－ n結(jié)區(qū)內(nèi)的 擴散 — 漂移，產(chǎn)生與復(fù)合都要一定的時間。 Si光電池的光譜響應(yīng)范圍要寬，峰值響應(yīng)波長在 850um 左右，可見光和近紅外波段都有廣泛應(yīng)用。 由圖可見， Se光電池在可見光范圍內(nèi)具有高的靈敏度，峰值響應(yīng)波長在 500um左右。 光伏探測器 由 ?ieiiKTeus ??? )1(/當 RL趨近無窮大時， i=0，光電池輸出電壓 U1即開路電壓 )1l n( ??soc iieKTu ?167。 光伏探測器 3）短路電流和開路電壓 負載電阻 RL所獲得的功率 PL與負載電阻的阻值有關(guān)，當RL=0（電路為短路）時， U=0，輸出功率 PL=0；當 RL=∞（電路為開路）時， IL=0，輸出功率 PL=0； 在短路和開路兩種工作狀態(tài)，光電池均無電功率輸出， 當負載電阻為某一 Rm時，才得到最大電輸出功率 Pm。 光伏探測器 shi shiRsh很大， 很小，若不計 影響，則 0??? iii D?若將 RL短接，忽略 RS的影響，則 U1=0（二極管的壓），iD=0。 光伏探測器 光電池的伏安特性曲線 從曲線可以看出，負載電阻 RL所獲得的功率為 LP I U?其中，光電池輸出電流 IL 包括光生電流、擴散電流 與暗電流等三部分 ??ieiiiiKTeusD?????)1( /167。顯然， PN結(jié)獲得的偏置電壓 U與光電池輸出電流 IL與負載電阻 RL有關(guān)，即 1）光電池的工作原理 LLU I R?當以輸出電流的 IL為電流和電壓的正方向時，可以得到如下圖所示的伏安特性曲線。廣泛用于紅外輻射探測器、光電開關(guān) 167。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、高可靠性、壽命長、可在空間直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的特點，因此成為航天工業(yè)中的重要電源，且還被廣泛地應(yīng)用于供電困難的場所和一些日用便攜電器中。 167。光導(dǎo)式二級管則主要用來探測高速光脈沖和高頻調(diào)制光。 因光伏式二極管無偏壓工作，故暗電流造成的散粒噪聲小，且無 1/f噪聲，有高得多的信噪比。此外反偏壓可增加長波端靈敏度及擴展線性區(qū)上限。 i R L 167。流過探測器的電流仍為反向光電流，隨著光功率的不同，出現(xiàn)明顯的非線性。 i + － R L V i － + V 167。 第一象限是正偏壓狀態(tài)， iD 本來就很大，所以光電流不起重要作用。 光伏探測器 第三象限是反偏壓狀態(tài)。 光伏探測器 普通二極管的伏安特性： )1( / ?? KTeusD eii光伏探測器的總電流： ??ieiiiiKTeusD?????)1( /e— 電子電荷 u— 探測器兩端電壓， K— 波爾茲曼常數(shù) T— 絕對溫度， ?i光電流 167。當外回路采用反偏壓 V時（圖（ d）），即外加 p端為負， n端為正的電壓時，稱為光導(dǎo)工作模式。 光伏探測器 一個 P— N結(jié)光伏探測器用圖（ a）中的符號表示，它等效為一個普通二極管和一個恒流源（光電流源）的并聯(lián)，如圖 b）所示。 p－ n結(jié)型光電器件 光照下 正偏置 零偏置 反偏置 單向?qū)щ? 無光電效應(yīng) 光電效應(yīng) 167。 光伏探測器 利用 p－ n結(jié)的光伏效應(yīng)制成的光電探測器 光伏探測器 與光電導(dǎo)探測器不同，光伏探測器的工作特性要復(fù)雜些， P－ N結(jié)受光照射時，即使沒有外加偏壓， P－ N結(jié)自身也會產(chǎn)生一個開路電壓，這時如果將 P－ N結(jié)兩端短接，便有短路電流通過回路。 光電導(dǎo)探測器 （ 4） 根據(jù)不同用途 ,選用不同特性的光敏電阻 。 （ 4） InSb 這也是一種良好的近紅外 （ 峰值波長約為 6μm） 輻射探測器；在 77k下 ,噪聲性能大大改善 ， 響應(yīng)時間短 （ 大約 ） （ 5） HgCdTe探測器 HgCdTe是由半導(dǎo)體 CdTe和半金屬 HgTe采用半導(dǎo)體合金法混合而 成的合金系統(tǒng)。 在常溫下對 4μm以內(nèi)的紅外光靈敏，冷卻到 90K，可在 5μm范圍 內(nèi)使用。 響應(yīng)時間約 20100μs ， 廣泛用于遙感技術(shù)和武器紅