光电子技术Chapter4_1VIP免费

1光源传输调制探测2第四章光辐射的探测技术3光辐射的探测过程是光探测器把光辐射转换成另一种便于测量的量的过程。在探测过程中，光探测器的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必需的信息1.光辐射探测技术概述4.1光电探测器的物理效应从近代测量技术来看，探测电量是最方便、最精确的.大多数光探测器都是直接或间接地把光辐射能量转换成电量来实现对光辐射的探测。光电系统广泛应用于通信、雷达、测距、定位、制导、遥感、工业生产和科学研究等领域。4光电发射效应光电导效应光伏效应温差电效应热释电效应2.光辐射探测的物理效应5光探测器的物理效应分为光子效应和光热效应两大类。光电效应是单个光子与电子直接作用的一类物理效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子内部电子状态的改变。（束缚态变激发态）（1）光子效应光电效应可分为内光电效应和外光电效应。2.光子效应与光热效应特点：光子效应对光波频率表现出选择性，且响应速度快。对于内光电效应，入射光子激发的载流子仍保留在材料内部，而外光电效应是入射光子引起材料表面发射光电子，亦称为光电子发射效应。6光热效应与光电效应不同，材料吸收光能量后不直接产生内部电子态的改变，而是先引起材料的温度升高,温度升高使探测元件的电学或其他物理性质发生变化，这种现象称为光热效应。(2)光热效应材料温度升高物理性质发生变化输出信号常用的光热效应有温差电效应、热释电效应、热电导效应等，利用其中一种效应就可以制出一类热探测器。特点：光子效应对光波频率没有选择性，但响应速度比较慢。7光照射在某些材料表面上时，如果光子能量hv足够大，就能够使表面发射出电子。这一现象叫做光电子发射，又叫做外光电效应。光电发射效应的能量关系由爱因斯坦方程描述，即ϕEhvEk−=Ek：光电子离开发射体表面的动能；hv：光子能量；Eϕ是光电发射体的功函数。3.光电子发射效应物理意义：如果发射体内的电子所吸收的光子能量hv大于发射体的功函数Eϕ，那么电子就能从发射体表面逸出，并且具有相应的动能。8)()(24.1meVEcµλλϕ=<利用光电子发射效应制成的探测器称为光电子发射器件，光电倍增管就是典型的光电子发射器件。截止波长：当光照射半导体材料时，由于对光子的吸收，有些电子和空穴从原来不导电的束缚状态转变到能导电的自由态，材料中的载流子浓度增加，从而使材料的电导率增大，这种效应叫做光电导效应。4.光电导效应eVEgm)(单位µλggEEhc24.10==光电导要求是hv≥Eg长波限为:Eg本征光电导效应导带价带光照射半导体，如果光波长λ满足要求,光子将在半导体中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使半导体中的载流子浓度增加了。这个新增加的部分我们称之为光生载流子。显然,光生载流子将使半导体的电导增加一个量,我们称之为光电导。光照→光生载流子（自由电子、空穴）→电导率增加例如，本征硅（Si）能带间隙为1.12eV,λc=1.1µm。νheVEnm)(单位µλnnEEhc24.10==光电导要求是hv≥En长波限为:EnN型半导体光电效应对N型半导体来说，其施主能带离导带很近，所以施主能带中的电子很容易从光子获得足够的能量进入导带而参与导电导带价带施主能级νheVEm)(p单位µλppEEhc24.10==光电导要求是hv≥Ep长波限为:EpP型半导体光电导对于P型半导体来说，由于其受主能带靠近价带，所以价带中的电子很容易从光子吸收能量而跃入受主能带，使价带产生空穴参与导电。导带价带受主能级5.光伏效应由于半导体p—n结区两边载流子浓度不一致，便引发载流子扩散，扩散的结果在结区形成一个内建电场。内建电场将阻止电子继续向p区扩散，阻止空穴继续向n区扩散，最后使载流子的扩散运动和漂移运动相抵消而达到平衡状态PN结的形成NP耗尽层XNXPNP假设光照p区，只要光子能量大于材料的能带间隙Eg，半导体材料将吸收光子而产生光电子和空穴。光生空穴对p区空穴浓度影响很小。而光生电子对p区的电子浓度影响很大，从p区表面向区内自然形成电子扩散趋势。如果p区的厚度小于电子扩散长度，那么大部分光生电子都能扩散进pn结，一进入pn结。就被内电场扫向n区。光生电子—空穴对就被内电场分离开来，空穴留在P...