光電傳感與檢測第二章

光電傳感與檢測第二章第1頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)

一原子中電子的能級(jí)二晶體中原子的能帶

三本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)2.2光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)光熱效應(yīng)2.3光電檢測器件的特性參數(shù)§2.1半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識(shí)第2頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月一原子中電子的能級(jí)原子核用能級(jí)表示電子繞核運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)E0基態(tài)1SE2激發(fā)態(tài)2PE1激發(fā)態(tài)2S第3頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月二晶體中原子的能帶N個(gè)分裂的能級(jí)（b）組成晶體后的能帶N個(gè)相同的能級(jí)（a）分屬于N個(gè)單個(gè)原子的相同能級(jí)1.能帶電子的共有化：當(dāng)原子之間距離很近的時(shí)候，不同的原子之間的電子軌道將發(fā)生不同程度的重疊，最外層電子的軌道重疊最多。軌道的重疊使原來屬于某一個(gè)原子的電子成為整個(gè)晶體共有。原子核原子核第4頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶：能量最高的被價(jià)電子填滿的能帶導(dǎo)帶：價(jià)帶以上的能帶，基本上是空的禁帶：價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的區(qū)域第5頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.泡利不相容原理

泡利不相容原理限制能占有某個(gè)原子能級(jí)的電子數(shù)，同樣也限制一個(gè)晶格的能帶內(nèi)所容納的電子數(shù)。

一般的原子中，內(nèi)層電子的能級(jí)以及其相應(yīng)的能帶都是被電子填滿的。而硅等共價(jià)鍵結(jié)合的晶體中，其內(nèi)層電子到最外層的價(jià)電子都正好填滿相應(yīng)的能帶。舉例：考慮鈉原子中3S原子能級(jí)的能帶第6頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月3.導(dǎo)體中的能帶考慮一種如圖所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能相當(dāng)于鈉(Z=11)的能級(jí)。結(jié)論：具有如圖所示那樣能帶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)應(yīng)為良導(dǎo)體，換句話說，良導(dǎo)體(也稱金屬)是那些最高能帶未被完全填滿的固體。又如:Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1)Mg(1S22S22P63S2)第7頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月疑問：如上面的分析，那么Mg(鎂)是否屬于良導(dǎo)體呢？

6)2s

(1鎂s222p3s2晶體能帶sspsp未滿帶1223滿

帶半滿帶3能帶重疊結(jié)論：實(shí)際上由于最高能帶可能發(fā)生重疊，鎂的3S電子可分布在3S和3P能帶中，因此鎂應(yīng)為良導(dǎo)體。對有些物質(zhì)，它們的原子具有滿充殼層，但是在固體時(shí)由于最上面的滿帶和一個(gè)空帶重疊的話，便成為導(dǎo)體，常稱這些物質(zhì)為半金屬。第8頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月4.絕緣體的能帶現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)中的最高能帶即價(jià)帶是滿的，而且不與下一個(gè)全空的能帶重疊,如圖所示。結(jié)論：絕緣體最上面的價(jià)帶是滿的，同時(shí)和下一個(gè)空帶之間有幾個(gè)電子伏特能隙的固體。第9頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月5.半導(dǎo)體的能帶注意：半導(dǎo)體的能帶與絕緣體的能帶很相似，只不過價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙比絕緣體的要小得多。因此，半導(dǎo)體是一種絕緣體，但它們的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙約為1eV或更小。現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)的最高能帶是滿的，而且不與下一個(gè)全空的能帶重疊。第10頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

n型半導(dǎo)體的能帶示意圖

實(shí)際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導(dǎo)體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。因此半導(dǎo)體分為兩類：本征半導(dǎo)體：完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體(摻有施主雜質(zhì)原子，有額外的電子)P型半導(dǎo)體(摻有受主雜質(zhì)原子，有額外的空穴)假定取代半導(dǎo)體的原子的另一種物質(zhì)的原子比半導(dǎo)體的原子具有較多的價(jià)帶電子。第11頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月相反地，雜質(zhì)原子可以比半導(dǎo)體原子具有較少的價(jià)帶電子。

p型半導(dǎo)體的能帶示意圖總結(jié)：為了使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率發(fā)生大的變化，對于每一百萬個(gè)半導(dǎo)體原子，大約有一個(gè)雜質(zhì)原子就足夠了，因?yàn)殡s質(zhì)的電離能比禁帶寬度要小得多，所以雜質(zhì)的種類和數(shù)量對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大。第12頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體自然存在的各種物質(zhì)，分為氣體、液體、固體。固體按導(dǎo)電能力可分為：導(dǎo)體、絕緣體和介于兩者之間的半導(dǎo)體。電阻率10-6~10-3歐姆?厘米范圍內(nèi)——導(dǎo)體電阻率1012歐姆?厘米以上——絕緣體電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間——半導(dǎo)體第13頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的，而且對溫度變化非常敏感。根據(jù)這一特性，熱電探測器件。導(dǎo)電性受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。（純凈Si在室溫下電導(dǎo)率為5*10-6/(歐姆?厘米)。摻入硅原子數(shù)百萬分之一的雜質(zhì)時(shí)，電導(dǎo)率為2/(歐姆?厘米))半導(dǎo)體導(dǎo)電能力及性質(zhì)受光、電、磁等作用的影響。第14頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月本征和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體就是沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體。在絕對零度時(shí)，價(jià)帶中的全部量子態(tài)都被電子占據(jù)，而導(dǎo)帶中的量子態(tài)全部空著。在純凈的半導(dǎo)體中摻入一定的雜質(zhì)，可以顯著地控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)。摻入的雜質(zhì)可以分為施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶正電的施主離子，同時(shí)向?qū)峁╇娮樱拱雽?dǎo)體成為電子導(dǎo)電的n型半導(dǎo)體。受主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶負(fù)電的受主離子，同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，使半導(dǎo)體成為空穴導(dǎo)電的p型半導(dǎo)體。第15頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。三本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)第16頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。1.本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。第17頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子會(huì)獲得足夠的隨機(jī)熱振動(dòng)能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空穴。第18頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。

與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，電子空穴對的濃度一定。常溫300K時(shí)：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對第19頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月在外電場的作用下，空穴和電子會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，即不斷有共價(jià)鍵中的電子擺脫束縛，填充到原有的空穴中，即象是空穴在移動(dòng)，形成的電流方向就是空穴移動(dòng)的方向。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制第20頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。（1）.

N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

第21頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對第22頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對（2）.

P型半導(dǎo)體第23頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——由本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)多子濃度——與所摻雜質(zhì)濃度有關(guān)，與溫度無關(guān)第24頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)

阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層3.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

（1）.PN結(jié)的形成

第25頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0第26頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?A)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。

外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流

第27頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(B)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。

第28頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?9頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(3).PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式

根據(jù)理論推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿——PN結(jié)電擊穿后，電流很大，電壓又很高，消耗在PN結(jié)上的功率很大，容易使PN結(jié)發(fā)熱超過它的耗散功率而過度到熱擊穿，燒壞PN結(jié)。電擊穿——雪崩擊穿和齊納擊穿，可逆。第30頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)理論分析：u為PN結(jié)兩端的電壓降i為流過PN結(jié)的電流IS為反向飽和電流UT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量其中k為玻耳茲曼常數(shù)

1.38×10－23q

為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學(xué)溫度對于室溫（相當(dāng)T=300K）則有UT=26mV。當(dāng)u>0u>>UT時(shí)當(dāng)u<0|u|>>|UT

|時(shí)第31頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(4).PN結(jié)的電容效應(yīng)

當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。

(A)勢壘電容CB第32頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(B)擴(kuò)散電容CD

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來極間電容（結(jié)電容）第33頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月4

半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號(hào)陽極+陰極-第34頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）半導(dǎo)體二極管的V—A特性曲線

硅：0.5V

鍺：

0.1V(1)正向特性導(dǎo)通壓降反向飽和電流(2)反向特性死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺第35頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）.二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流IF——二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2)反向擊穿電壓UBR———

二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。

(3)反向電流IR——

在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。第36頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定電壓（3）穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管正向同二極管反偏電壓≥UZ

反向擊穿＋UZ－限流電阻第37頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月５半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor,簡稱BJT）。

BJT是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。第38頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月BJT的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號(hào):三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極第39頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)2.2光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)

光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光熱效應(yīng)（1）熱釋電效應(yīng)（２）輻射熱計(jì)效應(yīng)（３）溫差電效應(yīng)2.3光電檢測器件的特性參數(shù)

光電檢測器件的類型光電器件的基本特性參數(shù)

第二章光電檢測器件的工作原理及特性第40頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電效應(yīng)定義：光電效應(yīng)分類外光電效應(yīng)（金屬和金屬氧化物）內(nèi)光電效應(yīng)（半導(dǎo)體）是指物體吸收光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)?！?.2光電效應(yīng)第41頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1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)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量：E=hvh—普朗克常數(shù)，6.626×10-34J·s；ν—光的頻率（s-1）第42頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）外光電效應(yīng)第一定律（也叫斯托列托夫定律）

當(dāng)入射光線的頻譜成分不變時(shí)，光電陰極的飽和光電發(fā)射電流IK

與被陰極所吸收的光通量ΦK

成正比。即

IK=SKΦK式中SK為表征光電發(fā)射靈敏度的系數(shù)。它是用光電探測器進(jìn)行光度測量、光電轉(zhuǎn)換的一個(gè)最重要的依據(jù)。（2）外光電效應(yīng)第二定律（也叫愛因斯坦定律）

發(fā)射出光電子的最大動(dòng)能隨入射光頻率的增高而線性地增大，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)。即光電子發(fā)射的能量關(guān)系符合愛因斯坦方程：

第43頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）外光電效應(yīng)第三定律

當(dāng)光照射某一給定金屬或某種物質(zhì)時(shí)，無論光的強(qiáng)度如何，如果入射光的頻率小于這一金屬的紅限vo，就不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射。顯然，在紅限處光電子的初速應(yīng)該為零，因此，金屬的紅限為

vo=A

/h

（4）外光電效應(yīng)的瞬時(shí)性

光電發(fā)射的瞬時(shí)性是光電發(fā)射的一個(gè)重要特性。實(shí)驗(yàn)證明，光電發(fā)射的延遲時(shí)間不超過3×10-13s數(shù)量級(jí)。因此，實(shí)際上可以認(rèn)為光電發(fā)射是無慣性的，這就決定了外光電效應(yīng)器件具有很高的頻響。第44頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2光電導(dǎo)效應(yīng)分類本征光電導(dǎo)雜質(zhì)光電導(dǎo)定義:光電導(dǎo)效應(yīng)指固體受光照而改變其電導(dǎo)率本征光電導(dǎo)效應(yīng)是指只有光子能量hv大于材料禁帶寬度Eg的入射光，才能激發(fā)出電子空穴對，使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)的現(xiàn)象。hv>Eg雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)是指雜質(zhì)半導(dǎo)體中的施主或者受主吸收光子能量后電離（

E1表示雜質(zhì)半導(dǎo)體的電離能），產(chǎn)生自由電子和空穴，從而增加材料電導(dǎo)率的現(xiàn)象。

hv>E1由于Eg>E1，因此一般雜質(zhì)半導(dǎo)體檢測波長范圍寬！第45頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，如圖，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價(jià)電子所占能帶Eg（1）本征光電導(dǎo)效應(yīng)第46頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月只有光子能量hv大于材料禁帶寬度Eg的入射光，才能激發(fā)出電子空穴對，使材料產(chǎn)生本征光電導(dǎo)效應(yīng)。

hv>Eg即本征光電導(dǎo)材料的截止波長為λ0=hc/Eg即

λ0

=1.24/Eg

類似，雜質(zhì)光電導(dǎo)材料的截止波長為

λ0

=1.24/E1第47頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月下面討論本征光電導(dǎo)：定量計(jì)算：本征半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)圖第48頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)入射光功率為為常數(shù)時(shí)：用來產(chǎn)生光電效應(yīng)的光功率:產(chǎn)生非平衡載流子的光子數(shù)：產(chǎn)生非平衡載流子的濃度：第49頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月那么它的短路光電流密度為：產(chǎn)生的短路光電流：在穩(wěn)定光照下，光生載流子不斷產(chǎn)生，同時(shí)也不斷復(fù)合。在穩(wěn)定時(shí)光生載流子的濃度為：光電導(dǎo)率為：暗電導(dǎo)率為：第50頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）光電導(dǎo)的三個(gè)重要參數(shù)①光電導(dǎo)體的靈敏度②光電導(dǎo)體的增益③光電導(dǎo)體的弛豫過程④光電導(dǎo)體的光譜分布第51頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月①光電導(dǎo)體的靈敏度

光電導(dǎo)體的靈敏度表示在一定光強(qiáng)下光電導(dǎo)的強(qiáng)弱。

G為光電導(dǎo)；E為光照度。

第52頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月②光電導(dǎo)體的增益

當(dāng)長度為L的光電導(dǎo)體兩端加上電壓U后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場作用下形成的外電流與光生載流子在內(nèi)部形成的光電流之比，稱為光電導(dǎo)的增益。用M來表示：M=βτ/tL

（1）

式中β為量子產(chǎn)額；τ為光生載流子壽命；tL為載流子在光電導(dǎo)兩極間的渡越時(shí)間，一般有

tL

=l2/μU（2）

將式（2）代入式（1）可得

M=βτμU/l2

如果在光電導(dǎo)體中自由電子與空穴均參與導(dǎo)電，那么，光電導(dǎo)增益的表達(dá)式為

M=β(τnμn+τpμp)U/l2

式中τn和τp分別為自由電子和空穴的壽命；μn和μp分別為自由電子和空穴的遷移率。

第53頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電導(dǎo)材料一般將光敏面做成蛇形，可在減小兩電極之間距離（減小載流子在兩電極間的渡越時(shí)間）的同時(shí)保證有較大的受光面積，也有利于提高靈敏度。第54頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月③光電導(dǎo)的弛豫過程（響應(yīng)時(shí)間）

光電導(dǎo)材料從光照開始到獲得穩(wěn)定的光電流是要經(jīng)過一定時(shí)間的，同樣光照停止后光電流也是逐漸消失的，這些現(xiàn)象反映了光電導(dǎo)材料對光強(qiáng)變化的反映快慢程度，稱為弛豫過程或惰性。光電導(dǎo)上升或下降的時(shí)間就是弛豫時(shí)間，或稱為響應(yīng)時(shí)間。顯然，弛豫時(shí)間長---光電導(dǎo)反應(yīng)慢---慣性大；弛豫時(shí)間短---光電導(dǎo)反應(yīng)快---慣性小。在分析定態(tài)光電導(dǎo)和光強(qiáng)之間的關(guān)系時(shí)，通常討論下面的兩種情況：直線性光電導(dǎo)的弛豫過程和拋物線性光電導(dǎo)的弛豫過程。這兩種典型情況的△n（或△p）與光強(qiáng)的關(guān)系可表示成：△n=I式中α為光電導(dǎo)體對光的吸收系數(shù)，I為光強(qiáng)，為光電轉(zhuǎn)換因子，一般指在某一光強(qiáng)范圍內(nèi)的值。第55頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

對直線性光電導(dǎo)材料而言，在光強(qiáng)照射下，增加的電子密度△n

（或空穴密度△p）與光強(qiáng)I的關(guān)系可表示為

△n=I

在定態(tài)的情況下，如果光生載流子有確定的復(fù)合幾率或壽命τ

這時(shí)，對直線性光電導(dǎo)可得：

△n

/τ=In

式中In是以光子計(jì)算的入射光強(qiáng)（即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的光子數(shù)）式中為比例系數(shù)。恒定光照下決定光電導(dǎo)上升規(guī)律的微分方程為：（A）直線性光電導(dǎo)的弛豫過程（即光電導(dǎo)與光強(qiáng)呈線性關(guān)系）第56頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)上式的初始條件t=0時(shí)，Δn=0，則方程的解為

取消光照后，決定光電導(dǎo)下降的微分方程為設(shè)光照停止時(shí)（t=0），Δn具有定態(tài)值Δn=Inαβτ，則上式的解為：第57頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月11-1/e1/e直線性光電導(dǎo)上升和下降曲線第58頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（B）拋物線性光電導(dǎo)的弛豫過程(光電導(dǎo)與光強(qiáng)的平方根成正比)

對拋物線性光電導(dǎo)材料，Δn（或Δp）與光強(qiáng)I的關(guān)系可表示為

同時(shí)，必須假設(shè)復(fù)合率與光生載流子密度的平方程正比，即

式中b為比例系數(shù)，這時(shí)的定態(tài)條件為

可見光生載流子密度以及電導(dǎo)率的增量均與光強(qiáng)的平方根成比例。

在拋物線性光電導(dǎo)中，決定光電導(dǎo)上升的微分方程為第59頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月利用初始條件t=0時(shí)，Δn=0，可得上式的解為光照取消后，決定光電導(dǎo)下降的微分方程為

利用初始條件t=0時(shí)，從式可得解為第60頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月拋物線性光電導(dǎo)上升和下降曲線0.510.75tt第61頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)：光生載流子的定態(tài)值都可以表示為生產(chǎn)率與馳豫時(shí)間的乘積，即：第62頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（A).弱光照條件下的光電導(dǎo)響應(yīng)光照開始時(shí)，上升響應(yīng)：光照停止時(shí)，下降響應(yīng)：穩(wěn)態(tài)光生載流子濃度：對于正弦型光照，得上限截止頻率：響應(yīng)特性：響應(yīng)時(shí)間等于載流子壽命且為常數(shù)。穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)與光生載流子的產(chǎn)生率成線性關(guān)系，即與入射輻射通量Φ成正比。第63頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(B).強(qiáng)光照條件下的光電導(dǎo)響應(yīng)光照開始時(shí)，上升響應(yīng)：光照停止時(shí)，下降響應(yīng)：穩(wěn)態(tài)光生載流子濃度：響應(yīng)特性：響應(yīng)時(shí)間是光照的函數(shù)。穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)與入射輻射通量的平方根成正比。第64頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月④光電導(dǎo)體的光譜分布(A)本征光電導(dǎo)的光譜分布下圖表示典型的本征光電導(dǎo)的光譜分布第65頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（B）雜質(zhì)光電導(dǎo)的光譜分布下圖是典型的鍺摻金雜質(zhì)光電導(dǎo)光譜分布第66頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月3光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：是指由內(nèi)建電場形成勢壘，此勢壘將光照產(chǎn)生的電子空穴對分開，從而在勢壘兩側(cè)形成電荷堆積，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢的效應(yīng)。

勢壘可以是不同類型的半導(dǎo)體接觸形成的PN結(jié)、PIN結(jié)、金屬和半導(dǎo)體接觸形成的肖特基勢壘、不同半導(dǎo)體材料形成的異質(zhì)PN結(jié)勢壘等。

光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)或金屬—半導(dǎo)體接觸面上時(shí)，會(huì)在

p-n結(jié)或金屬—半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢；

第67頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)：當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射p-n結(jié)時(shí)，由于內(nèi)建場的作用（不加外電場），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向p

區(qū)，相當(dāng)于p-n結(jié)上加一個(gè)正電壓；半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢（光生電壓）；如將p-n結(jié)短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流）。第68頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月pnp耗盡層n----------++++++++++空穴電子（1）p-n結(jié)的內(nèi)建電場加正偏，有較大正向電流流過ＰＮ結(jié)；加反偏，有一個(gè)很小的反向電流流過ＰＮ結(jié)，反向擊穿前不變，稱為反向飽和電流；無光照時(shí)，ＰＮ結(jié)形成內(nèi)建電場，漂移電流和擴(kuò)散電流動(dòng)態(tài)平衡，ＰＮ結(jié)兩端無電壓，稱為零偏。第69頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月在外加偏壓下，流過ＰＮ結(jié)的電流方程為：第70頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月無光照P型N型P型N型EfpEfnEf能級(jí)彎曲的原因：在熱平衡條件下，同一體系具有相同的費(fèi)米能級(jí)（2）p-n結(jié)的能帶圖第71頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光照時(shí)n區(qū)產(chǎn)生少子空穴，p區(qū)產(chǎn)生少子電子；在內(nèi)建電場的作用下，n區(qū)的空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng)，而p區(qū)的電子向

n區(qū)運(yùn)動(dòng)，使p端電勢升高，n端電勢降低；光生電場由p端指向

n端，使勢壘降低，產(chǎn)生正向電IF；由于空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng)，所以在p-n結(jié)內(nèi)部形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流IL;有光照第72頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月Pn太陽光

在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度一般改變很小，而少數(shù)載流子濃度卻變化很大，因此應(yīng)主要研究光生少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)。淺結(jié)第73頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月由于光照而在ＰＮ結(jié)兩端出現(xiàn)的電動(dòng)勢稱為光生電動(dòng)勢，對應(yīng)效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)，此光生電動(dòng)勢有以下特點(diǎn)：（１）此電動(dòng)勢以光照為基礎(chǔ)，一旦光照消失，光生電動(dòng)勢也不復(fù)存在；（２）若光照時(shí)ＰＮ結(jié)是開路的，在結(jié)的兩端可測出開路電壓；（３）如果ＰＮ結(jié)外接負(fù)載形成回路，則有電流流經(jīng)ＰＮ結(jié)，方向Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)，若負(fù)載為０，測出的是短路電流；（４）光生電流方向Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)，外部電流方向Ｐ區(qū)指向Ｎ區(qū)，則流經(jīng)回路的總電流為：第74頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（５）Ｖ是ＰＮ結(jié)兩端電壓，ＰＮ結(jié)開路時(shí)，Ｉ＝０，求得開路電壓為：（６）若ＰＮ結(jié)短路，則Ｖ＝０，求得短路電流，就是光生電流：（７）若無光照，則ＩＰ＝０，外加正向電壓Ｖ時(shí)，有電流：第75頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月４光熱效應(yīng)

光熱效應(yīng)某些物質(zhì)在受到光照后，由于溫度變化而造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光熱效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)輻射熱計(jì)效應(yīng)溫差電效應(yīng)第76頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）熱釋電效應(yīng)①概述：★電介質(zhì)材料的電性包括介電性、壓電性、鐵電性和熱釋電性等，由于原子的構(gòu)型是溫度的函數(shù)，所以極化狀態(tài)將隨溫度發(fā)生改變?！锝橘|(zhì)的極化狀態(tài)隨溫度變化而變化，引起表面電荷變化的現(xiàn)象稱為熱釋電現(xiàn)?！餆犭娦允撬谐尸F(xiàn)自發(fā)極化的晶體的共性，具有熱釋電效應(yīng)的材料稱為熱釋電材料。第77頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱釋電器件是一種利用熱釋電效應(yīng)制成的熱探測器件。與其它熱探測器相比，熱釋電器件具有以下優(yōu)點(diǎn)：①具有較寬的頻率響應(yīng)，工作頻率接近MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它熱探測器的工作頻率。一般熱探測器的時(shí)間常數(shù)典型值在1-0.01s范圍內(nèi)，而熱釋電器件的有效時(shí)間常數(shù)可低達(dá)10-4-10-5s；②熱釋電器件的探測率高，在熱探測器中只有氣動(dòng)探測器的才比熱釋電器件稍高，且這一差距正在不斷減小；③熱釋電器件可以有大面積均勻的敏感面，而且工作時(shí)可以不外加接偏置電壓；④與熱敏電阻相比，它受環(huán)境溫度變化的影響更?。虎轃後岆娖骷膹?qiáng)度和可靠性比其它多數(shù)熱探測器都要好，且制造比較容易。第78頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月②熱釋電效應(yīng)極性晶體類，晶體內(nèi)正、負(fù)電荷中心并不重合，晶體原子具有一定電矩；也就是說晶體本身具有自發(fā)極化特性。但介質(zhì)中的電偶極子排列雜亂,宏觀不顯極性。根據(jù)原子或分子中正負(fù)電荷的相對位置，物質(zhì)分為三種：①正負(fù)電荷分布中心對稱，正負(fù)電荷重心重合，②正負(fù)電荷分布非中心對稱，但正負(fù)電荷重心重合，③正負(fù)電荷分布非中心對稱，但正負(fù)電荷重心不重合，不加外場時(shí)，會(huì)發(fā)生自發(fā)極化。Ⅰ熱釋電材料第79頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月對熱釋電材料施加直流電場自發(fā)極化矢量將趨向于一致排列（形成單疇極化），總的電極化矢量加大。當(dāng)電場去掉后，總的仍能保持下來。③熱釋電材料單疇極化第80頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月由于保持下來的，將在材料表面吸附表面電荷，其面電荷密度單疇化后的熱電體，其電極化矢量是溫度的函數(shù)第81頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

某些物質(zhì)（如硫酸三甘肽、鈮酸鋰等）吸收光輻射后將其轉(zhuǎn)換成熱能，這個(gè)熱能使晶體的溫度升高，溫度變化將引起居里溫度以下的自發(fā)極化強(qiáng)度的變化，從而在晶體的特定方向上引起表面電荷的變化，這就是熱釋電效應(yīng)。

光輻射T↑↓光輻射→T↑→極化強(qiáng)度矢量變化→晶體表面上出現(xiàn)電荷④熱釋電效應(yīng)定義第82頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)T↑＝Tc（居里溫度時(shí)），單疇極化強(qiáng)度消失＝0，熱釋電現(xiàn)象消失。即當(dāng)T＜Tc時(shí)，才有熱釋電現(xiàn)象，居里溫度Tc——評(píng)價(jià)熱釋電探測器的品質(zhì)因數(shù)，希望Tc越高越好。⑤熱釋電材料最高工作溫度第83頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵電體的自發(fā)極化強(qiáng)度PS（單位面積上的電荷量）與溫度的關(guān)系如下圖所示，隨著溫度的升高，極化強(qiáng)度減低，當(dāng)溫度升高到一定值，自發(fā)極化突然消失，這個(gè)溫度常被稱為“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度PS是溫度T的函數(shù)。利用這一關(guān)系制造的熱敏探測器稱為熱釋電器件。第84頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片時(shí)，引起薄片溫度升高，表面電荷減少，相當(dāng)于熱“釋放”了部分電荷。釋放的電荷可用放大器轉(zhuǎn)變成電壓輸出。如果輻射持續(xù)作用，表面電荷將達(dá)到新的平衡，不再釋放電荷，也不再有電壓信號(hào)輸出。因此，熱釋電器件不同于其他光電器件，在恒定輻射作用的情況下輸出的信號(hào)電壓為零。只有在交變輻射的作用下才會(huì)有信號(hào)輸出。

注意：與壓電效應(yīng)不同，熱釋電效應(yīng)中極化的改變由溫度引起，壓電效應(yīng)中極化的改變則由應(yīng)力引起。第85頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)2.2光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)

光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光熱效應(yīng)（1）熱釋電效應(yīng)（２）輻射熱計(jì)效應(yīng)（３）溫差電效應(yīng)2.3光電檢測器件的特性參數(shù)

光電檢測器件的類型光電器件的基本特性參數(shù)

第二章光電檢測器件的工作原理及特性第86頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：入射光使材料受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象稱為輻射熱計(jì)效應(yīng)。（注意與光電導(dǎo)效應(yīng)的區(qū)別）特點(diǎn)：阻值變化與溫度變化的關(guān)系：（２）輻射熱計(jì)效應(yīng)第87頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：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，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng)。（光照射結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生溫差變化也能造成溫差電效應(yīng)）特點(diǎn)：溫差電是研究溫度差和電之間關(guān)系的科學(xué)，更準(zhǔn)確的說是研究熱能和電能之間直接轉(zhuǎn)換的科學(xué)，溫差電現(xiàn)象從發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)一百多年，但由于金屬的溫差電效應(yīng)非常微弱，因此在很長一段時(shí)間未得到應(yīng)用，后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和金屬氧化物代替金屬可使溫差電效應(yīng)得到明顯提高后，溫差電效應(yīng)的應(yīng)用翻開新的篇章。（３）溫差電效應(yīng)第88頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

兩種不同材料串聯(lián)組成回路，當(dāng)光照射兩種金屬后，由于兩種材料物理參數(shù)不同，光照導(dǎo)致溫度不同，在兩個(gè)接頭處和產(chǎn)生溫度差，出現(xiàn)在一個(gè)接頭處吸熱，在另一個(gè)接頭放熱的現(xiàn)象，回路就有電流流過。吸（放）熱的速率與電流成正比，即12A導(dǎo)體a導(dǎo)體b（３）溫差電效應(yīng)結(jié)論：溫差電勢的大小與導(dǎo)體吸收的輻射功率成正比，因此，測量溫差電勢大小就能測知所吸收的輻射率。第89頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：包括航空航天、軍事和生產(chǎn)生活，特別是在發(fā)電和制冷兩方面。溫差發(fā)電能夠促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的多元化，緩解能源危機(jī)，其具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性且無污染，在制冷方面與傳統(tǒng)制冷方法相比，也具有很大優(yōu)勢。具體如下：（３）溫差電效應(yīng)第90頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

放射形同位素溫差發(fā)電器是目前唯一適合外層空間探測的小型航天器電源系統(tǒng)，前蘇聯(lián)和美國是研制和使用同位素溫差發(fā)電器最多的國家，自１９６１年以來，僅美國在太空飛行器中使用的同位素溫差發(fā)電器就達(dá)４０多個(gè)，其輸出功率為２.７至３００Ｗ，最長工作時(shí)間已超過３０年。

在遠(yuǎn)離太陽的地方，主要依靠放射性同位素發(fā)電系統(tǒng)來解決探測器的能源支持問題，因?yàn)樵谶@些地方不能借助太陽能來支持探測器的飛行，而如果用攜帶電池，則既增加飛行器負(fù)擔(dān)，同時(shí)維持時(shí)間也不能滿足要求，甚至穩(wěn)定性也不能滿足要求。利用放射性同位素溫差發(fā)電系統(tǒng)能夠解決上述問題，一枚硬幣大小大放射性同位素?zé)崮茉茨軌蛱峁╅L達(dá)２０年以上的時(shí)間。①航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用第91頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

在軍事領(lǐng)域，由于溫差發(fā)電機(jī)具有體積小，無震動(dòng)，無聲音等良好的隱蔽性，所以廣泛應(yīng)用于潛艇和情報(bào)收集傳輸?shù)哪茉粗С址矫?，美國的?dǎo)彈定位系統(tǒng)也利用了溫差發(fā)電技術(shù)。溫差電技術(shù)能夠提供信號(hào)傳輸所需要的能源，而不受地域和環(huán)境的限制。②軍事領(lǐng)域的應(yīng)用第92頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

溫差電技術(shù)在生產(chǎn)生活中還沒有得到大范圍的應(yīng)用，但是已經(jīng)取得了可喜進(jìn)展。溫差電技術(shù)穩(wěn)定性好、無須維護(hù)等特點(diǎn)使其在發(fā)電和輸送困難的偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)揮著重要的作用，以用于極地、沙漠、森林等無人區(qū)的微波中繼站，無人航標(biāo)燈等。前蘇聯(lián)從２０世紀(jì)６０年代開始先后制造了１０００多個(gè)放射性同位素溫差發(fā)電機(jī)，廣泛用于燈塔和導(dǎo)航標(biāo)志，平均使用壽命長于１０年。日常生活中，利用廢舊的ＣＰＵ散熱片，可以自制冰啤酒涼杯，在炎熱的夏天，即使停電利用電池的電量也能喝上冰爽的啤酒。③生產(chǎn)生活中的應(yīng)用第93頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月具有以下優(yōu)點(diǎn)：▼測量范圍廣：可以從４.２Ｋ(-268.95°C)的深低溫直至２８０００°C

的高溫，如液態(tài)空氣的低溫或煉鋼爐溫（2000°C）。▼測量精度高：因?yàn)闊犭娕贾苯优c被測對象接觸，不受中間介質(zhì)影響，靈敏度和準(zhǔn)確度可達(dá)1e-3度，特別是鉑銠熱電偶。▼受熱面積和熱容量可以做的很小，如研究小生物體溫變化，水銀溫度計(jì)則難于比擬。▼構(gòu)造簡單，使用方便：熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套，用起來方便。▼由于熱電偶測溫是將溫度測量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的測量，因而非常適用于自動(dòng)調(diào)溫和控溫系統(tǒng)。④溫差電效應(yīng)可制作溫差電偶第94頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)2光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光熱效應(yīng)（1）熱釋電效應(yīng)（２）輻射熱計(jì)效應(yīng)（３）溫差電效應(yīng)3光電檢測器件的特性參數(shù)

光電檢測器件的類型光電器件的基本特性參數(shù)

第二章光電檢測器件的工作原理及特性第95頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月一光電檢測器件的類型與特點(diǎn)光電檢測器件是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。光電檢測器件分為兩大類:光子檢測器件熱電檢測器件§2.2光電檢測器件的特性參數(shù)第96頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電檢測器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光電倍增管真空攝像管變像管像增強(qiáng)管光敏電阻光電池光電二極管光電三極管光纖傳感器電荷耦合器件CCD熱電偶/熱電堆熱輻射計(jì)/熱敏電阻熱釋電探測器第97頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電檢測器件的特點(diǎn)光子器件熱電器件響應(yīng)波長有選擇性，一般有截止波長，超過該波長，器件無響應(yīng)。響應(yīng)波長無選擇性，對可見光到遠(yuǎn)紅外的各種波長的輻射同樣敏感響應(yīng)快，吸收輻射產(chǎn)生信號(hào)需要的時(shí)間短，一般為納秒到幾百微秒響應(yīng)慢，一般為幾毫秒第98頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月二光電器件的基本特性參數(shù)響應(yīng)特性噪聲特性量子效率線性度工作溫度第99頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1響應(yīng)特性(１)

響應(yīng)度（或稱靈敏度）：是光電探測器輸出信號(hào)與輸入光功率之間關(guān)系的度量。描述的是光電探測器件的光電轉(zhuǎn)換效率。響應(yīng)度是隨入射光波長變化而變化的響應(yīng)度分電壓響應(yīng)度和電流響應(yīng)度第100頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓響應(yīng)度光電探測器件輸出電壓與入射光功率之比電流響應(yīng)度光電探測器件輸出電流與入射光功率之比第101頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(２)光譜響應(yīng)度：探測器在波長為λ的單色光照射下，輸出電壓或電流與入射的單色光功率之比。(３)積分響應(yīng)度：檢測器對各種波長光連續(xù)輻射量的反應(yīng)程度。第102頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(４)響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間τ是描述光電探測器對入射光響應(yīng)快慢的一個(gè)參數(shù)。上升時(shí)間：入射光照射到光電探測器后，光電探測器輸出上升到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間。下降時(shí)間：入射光遮斷后，光電探測器輸出下降到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間。第103頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電探測器響應(yīng)度與入射光調(diào)制頻率的關(guān)系

為調(diào)制頻率為f時(shí)的響應(yīng)度 為調(diào)制頻率為零時(shí)的響應(yīng)度 為時(shí)間常數(shù)（等于RC）

（５）頻率響應(yīng)：光電探測器的響應(yīng)隨入射光的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻率響應(yīng)．由于光電探測器信號(hào)產(chǎn)生和消失存在著一個(gè)滯后過程，所以入射光的調(diào)制頻率對光電探測器的響應(yīng)