光電探測器基本原理2

1、光電探測器概述光電探測器概述 14級碩研16班 任天昕常見的光電探測器光電管光敏電阻光電池光電二極管四像限光電探測器熱釋電探測器光電二極管 光電探測器是指能把光輻射能量轉(zhuǎn)換為一種便于測量的物理量的器件。常見的光電探測器有常見的光電探測器有: : 光電管、光電管、光敏電阻、光敏電阻、光電二極管、光電倍增管、光電二極管、光電倍增管、光電池、四像限探測器、熱電偶、熱敏電阻、熱釋電光電池、四像限探測器、熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等。探測器等。v 物理效應(yīng)不同：光電效應(yīng)（外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效物理效應(yīng)不同：光電效應(yīng)（外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)）、光熱效應(yīng)。應(yīng)）、光熱效應(yīng)。光電效應(yīng)分類：光電效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)

2、光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)二、外光電效應(yīng) 在光線的作用下物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象為外光電效應(yīng)。多發(fā)生于金屬、金屬氧化物等材料?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有：光電管、光電倍增管。一、光電效應(yīng)定義及分類 光電效應(yīng)定義 ： 光電探測器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是：物體吸收光能后轉(zhuǎn)化為物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生電的效應(yīng)。 愛因斯坦光電效應(yīng)理論： 光子是具有能量的粒子，每個光子的能量： h為普朗克常量： ；v為光的頻率。 一個電子只能接收一個光子的能量，要使電子從物體表面溢出，光子能量必須大于該物體表面的溢出功。超過部分的能量表現(xiàn)為溢出電子的動能。Eh346.626 10h

3、J S光電發(fā)射大致可分三個過程：1. 光射入物體后，物體中的電子吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到能量高于真空能級的激發(fā)態(tài)。2. 受激電子從受激地點出發(fā)，在向表面運動過程中免不了要同其它電子或晶格發(fā)生碰撞，而失去一部分能量。3. 達到表面的電子，如果仍有足夠的能量足以克服表面勢壘對電子的束縛（即逸出功）時，即可從表面逸出。光電管原理光電倍增管三、內(nèi)光電效應(yīng)器件 當(dāng)光照射在物體上，使物體電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線照射下，電子吸收光子能量，從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，從而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱

4、為光電導(dǎo)效應(yīng)?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件是光敏電阻。光敏電阻工作原理：UbbIpIp金屬電極金屬電極光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料入射光入射光光敏電阻原理及符號光敏電阻符號 光敏電阻的結(jié)構(gòu)： 在一塊均勻光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。 光敏電阻常做成梳狀電極，光敏面做成蛇形這樣既可以保證有較大的受光面，也可以減小電極之間的距離，從而既可以減小載流子的有效級間的渡越時間，也有利于提高靈敏度。n本征型光敏電阻本征型光敏電阻 一般在室溫下工作一般在室溫下工作 適用于可見光和近紅外輻射探測適用于可見光和近紅外輻射探測n非本征

5、型光敏電阻非本征型光敏電阻 通常在低溫條件下工作通常在低溫條件下工作 常用于中、遠紅外波長較長的輻射探測常用于中、遠紅外波長較長的輻射探測 典型光敏電阻典型光敏電阻 CdS光敏電阻 CdS光敏電阻是最常見的光敏電阻，它的光譜響應(yīng)特性最接近人眼光譜光視效率，它在可見光波段范圍內(nèi)的靈敏度最高，因此，被廣泛地應(yīng)用于燈光的自動控制，照相機的自動測光等。 CdS光敏電阻的峰值響應(yīng)波長為0.52m，CdSe光敏電阻為0.72m，一般調(diào)整S和Se的比例，可使Cd（S，Se）光敏電阻的峰值響應(yīng)波長大致控制在0.520.72m范圍內(nèi)。 PbS光敏電阻 PbS光敏電阻是近紅外波段最靈敏的光電導(dǎo)器件，因此，常用于火

6、災(zāi)的探測等領(lǐng)域。 PbS光敏電阻的光譜響應(yīng)和比探測率等特性與工作溫度有關(guān)，隨著工作溫度的降低其峰值響應(yīng)波長和長波限將向長波方向延伸，且比探測率D*增加。 InSb光敏電阻 InSb光敏電阻是35m光譜范圍內(nèi)的主要探測器件之一。 InSb材料不僅適用于制造單元探測器件，也適宜制造陣列紅外探測器件。InSb光敏電阻在室溫下的長波長可達7.5m，峰值波長在6m附近。當(dāng)溫度降低到77K（液氮）時，其長波長由7.5m縮短到5.5m，峰值波長也將移至5m，恰為大氣的窗口范圍。 HgCdTe系列光電導(dǎo)探測器件 HgCdTe系列光電導(dǎo)探測器件是目前所有紅外探測器中性能最優(yōu)良最有前途的探測器件，尤其是對于48m

7、大氣窗口波段輻射的探測更為重要。 HgCdTe系列光電導(dǎo)體是由HgTe和CdTe兩種材料的晶體混合制造的。在制造混合晶體時選用不同Cd的組分，可以得到不同的禁帶寬度Eg，便可以制造出不同波長響應(yīng)范圍的探測器件。光敏電阻的主要特性參數(shù)光敏電阻的主要特性參數(shù) 光電特性和光照指數(shù) 光譜特性 頻率特性 伏安特性 前歷效應(yīng) 噪聲光敏電阻的使用光敏電阻的使用當(dāng)用于模擬量測量時，因光照指數(shù)與光照強弱有關(guān)，只有在弱光照下光電流與入射輻射通量成線性關(guān)系。用于光度量測試儀器時，必須對光譜特性曲線進行修正，保證其與人眼的光譜光視效率曲線符合。光敏電阻的光譜特性與溫度有關(guān)，溫度低時，靈敏范圍和峰值波長都向長波方向移動

8、，可采取冷卻靈敏面的辦法來提高光敏電阻在長波區(qū)的靈敏度。光敏電阻的溫度特性很復(fù)雜，電阻溫度系數(shù)有正有負，一般說，光敏電阻不適于在高溫下使用，溫度高時輸出將明顯減小，甚至無輸出。光敏電阻頻帶寬度都比較窄，在室溫下只有少數(shù)品種能超過1000Hz。設(shè)計負載電阻時，應(yīng)考慮到光敏電阻的額定功耗，負載電阻值不能很小。進行動態(tài)設(shè)計時，應(yīng)意識到光敏電阻的前歷效應(yīng)。光敏電阻的特點光敏電阻的特點 優(yōu)點：光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小無極性使用方便等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛。此外許多光敏電阻對紅外線敏感，適宜于紅外線光譜區(qū)工作。 缺點：響應(yīng)時間長、頻率特性差、強光線性差、受溫度影響大

9、、型號相同的光敏電阻參數(shù)參差不齊，并且由于光照特性的非線性，不適宜于測量要求線性的場合，常用作開關(guān)式光電信號的傳感元件。 主要應(yīng)用主要應(yīng)用照相機自動測光照相機自動測光(Camera automation photometry)光電控制光電控制(Photoelectric control)室內(nèi)光線控制室內(nèi)光線控制(Indoor sunlight control)報警器報警器(Annunciator)工業(yè)控制工業(yè)控制(Industrial control)光控開關(guān)光控開關(guān)(Optical control switch)光控?zé)艄饪責(zé)?Optical control lamp)電子玩具電子玩具(Electronic toy)光控音樂光控音樂I.C(Optical control musicI.C)電子驗鈔機電子驗鈔機(Electronic proverbial vlitional)光生伏特效應(yīng) 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)可分為：結(jié)光電效應(yīng)和橫向光電效應(yīng)。基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有：光電池，光敏二極管，光敏晶體管等。結(jié)光電效應(yīng)原理：EcEFEv光生空穴- - -+ + +-pnxoLpn光子Ei電離受主電離施主光生電子耗盡層-xxLpLn橫