課程主要內(nèi)容PPT課件

1、課程主要內(nèi)容 第一章緒論 光電檢測(cè)技術(shù)概述 第二章光電檢測(cè)器件工作原理及特性 第三章半導(dǎo)體光電檢測(cè)器件及應(yīng)用 第四章光電信號(hào)檢測(cè)電路 第五章光電直接檢測(cè)系統(tǒng) 第六章光外差檢測(cè)系統(tǒng)本章內(nèi)容：2.1 光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)2.2 光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)輻射光入射到某些半導(dǎo)體，光子（電磁波）與物質(zhì)微粒相互作用，引起光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)。2.1 光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)本征光電導(dǎo)效應(yīng)雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)光熱效應(yīng)物理基礎(chǔ)熱釋電效應(yīng)輻射熱計(jì)效應(yīng)溫差電效應(yīng)物質(zhì)受光照射后，材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化（發(fā)射電子、電導(dǎo)率的改變、產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)）現(xiàn)象。 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

2、能量狀態(tài)發(fā)生變化光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)本征光電導(dǎo)效應(yīng)：是指本征半導(dǎo)體材料發(fā)生光電導(dǎo)效應(yīng)。入射光子能量h 大于材料禁帶寬度Eg的入射光，才能激光出電子空穴對(duì)，使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。針對(duì)本征半導(dǎo)體材料。即： h Eg即存在截止波長(zhǎng)：0=hc/Eg=1.24/Eg。基本概念：1、穩(wěn)態(tài)光電流：穩(wěn)定均勻光照 2、暗電導(dǎo)和暗電流3、亮電導(dǎo)和亮電流 4、光電導(dǎo)和光電流 基本公式：暗電導(dǎo) Gd=dS/L暗電流 Id= dSU/L亮電導(dǎo) Gl= lS/L亮電流 Il= lSU/L光電導(dǎo) Gp= S/L光電流 Ip= SU/L光電導(dǎo)效應(yīng)示意圖LS本征半導(dǎo)體樣品光U雜質(zhì)半導(dǎo)體中施主或受主吸收光子能量后電離中，產(chǎn)生

3、自由電子或空穴，從而增加材料電導(dǎo)率的現(xiàn)象。雜質(zhì)半導(dǎo)體禁帶寬度比本征小很多，因此更容易電離，響應(yīng)波長(zhǎng)比本征材料要長(zhǎng)得多。用EI表示雜質(zhì)半導(dǎo)體的禁帶寬度，則截止波長(zhǎng)：0=hc/EI。 特點(diǎn)：容易受熱激發(fā)產(chǎn)生的噪聲的影響，常工作在低溫狀態(tài)。常用光電導(dǎo)材料：硅Si、鍺Ge及摻雜的半導(dǎo)體材料，以及一些有機(jī)物。達(dá)到內(nèi)部動(dòng)態(tài)平衡的半導(dǎo)體PN結(jié)，在光照的作用下，在PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為光生電動(dòng)勢(shì)。這就是光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。物理本質(zhì)：PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)使得載流子（電子和空穴）的擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到了動(dòng)態(tài)的平衡，在光子能量大于禁帶寬度的光照的作用下，激發(fā)出的電子空穴對(duì)打破原有平衡，靠近結(jié)區(qū)電子和空穴分別向

4、N區(qū)和P區(qū)移動(dòng)，形成光電流，同時(shí)形成載流子的積累，內(nèi)建電場(chǎng)減小，相當(dāng)于在PN加了一個(gè)正向電壓，即光生電動(dòng)勢(shì)。PNeVD無(wú)光照有光照PNeVD-eVIpPN_VDV+光照形成過(guò)程：空穴電子I+V為光生電動(dòng)勢(shì)，或者叫做光生電壓物質(zhì)受光照后，由于溫度變化造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。與光電效應(yīng)的區(qū)別：光電效應(yīng)中，光子能量直接變?yōu)楣怆娮拥哪芰?，光熱效?yīng)中，光能量與晶格相互作用使其運(yùn)動(dòng)加劇，造成溫度的升高，從而引起物質(zhì)相關(guān)電學(xué)特性變化?？煞譃? 熱釋電效應(yīng)、輻射熱計(jì)效應(yīng)及溫差電效應(yīng)極化晶體：晶體中的正負(fù)電荷的中心不重合，表面束縛電荷。+-+-+-+-+-+-_P(T1)P(T2)+-+-+-+-+-+-_

5、j工作溫度T1（左）和工作溫度T2T1（右）光輻射強(qiáng)度變化 介質(zhì)溫度在光照作用下溫度發(fā)生變化，介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化，引起表面電荷變化的現(xiàn)象。溫度變化極化強(qiáng)度用于描述束縛電荷的能力。極化強(qiáng)度變化入射光照射材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象。阻值與溫度變化關(guān)系：R=TRTT為電阻溫度系數(shù)R為元件電阻對(duì)金屬材料，溫度越高，電阻越大。對(duì)半導(dǎo)體材料，R與T具有指數(shù)關(guān)系。 由兩種不同材料制成的結(jié)點(diǎn)由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng)。xyT1T212導(dǎo)體a導(dǎo)體b溫差電效應(yīng)光照本章內(nèi)容：2.1 光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)2.2 光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)熱噪聲熱噪聲是由載流子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)造成的。 熱噪聲電壓和電流均方值分別為：UNT = 4kTRf INT = 4kTf/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，f為測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬。熱噪聲與溫度成正比，與頻率無(wú)關(guān)，熱噪聲是一種白噪聲。散粒噪聲 散粒噪聲也稱散彈噪聲，是由穿越勢(shì)壘的載流子的隨機(jī)漲落（統(tǒng)計(jì)起伏）所造成的噪聲。理論表明，在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，穿越勢(shì)壘區(qū)的載流子數(shù)