光電探測器的應用

　　photoconductivedetector利用半導體(ti) 材料的光電導效應製成的一種光探測器件。所謂光電導效應，是指由輻射引起被照射材料電導率改變的一種物理現象。光電導探測器在軍(jun) 事和國民經濟的各個(ge) 領域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用於(yu) 射線測量和探測、工業(ye) 自動控製、光度計量等；在紅外波段主要用於(yu) 導彈製導、紅外熱成像、紅外遙感等方麵。光電導體(ti) 的另一應用是用它做攝像管靶麵。為(wei) 了避免光生載流子擴散引起圖像模糊，連續薄膜靶麵都用高阻多晶材料，如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取鑲嵌靶麵的方法，整個(ge) 靶麵由約10萬(wan) 個(ge) 單獨探測器組成。

    1873年，英國W•史密斯發現硒的光電導效應，但是這種效應長期處於(yu) 探索研究階段，未獲實際應用。第二次世界大戰以後，隨著半導體(ti) 的發展，各種新的光電導材料不斷出現。在可見光波段方麵，到50年代中期，性能良好的硫化鎘、硒化鎘光敏電阻和紅外波段的硫化鉛光電探測器都已投入使用。

　　60年代初，中遠紅外波段靈敏的Ge、Si摻雜光電導探測器研製成功，典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge：Au（鍺摻金）和Ge：Hg光電導探測器。60年代末以後，HgCdTe、PbSnTe等可變禁帶寬度的三元係材料的研究取得進展。工作原理和特性光電導效應是內(nei) 光電效應的一種。

　　當照射的光子能量hv等於(yu) 或大於(yu) 半導體(ti) 的禁帶寬度Eg時，光子能夠將價(jia) 帶中的電子激發到導帶，從(cong) 而產(chan) 生導電的電子、空穴對，這就是本征光電導效應。這裏h是普朗克常數，v是光子頻率，Eg是材料的禁帶寬度（單位為(wei) 電子伏）。因此，本征光電導體(ti) 的響應長波限λc為(wei) λc=hc/Eg=1.24/Eg（μm）式中c為(wei) 光速。本征光電導材料的長波限受禁帶寬度的限製。

　　在60年代初以前還沒有研製出適用的窄禁帶寬度的半導體(ti) 材料，因而人們(men) 利用非本征光電導效應。Ge、Si等材料的禁帶中存在各種深度的雜質能級，照射的光子能量隻要等於(yu) 或大於(yu) 雜質能級的離化能，就能夠產(chan) 生光生自由電子或自由空穴。非本征光電導體(ti) 的響應長波限λ由下式求得λc=1.24/Ei式中Ei代表雜質能級的離化能。

　　到60年代中後期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元係半導體(ti) 材料研製成功，並進入實用階段。它們(men) 的禁帶寬度隨組分x值而改變，例如x=0。2的HG0。8Cd0。2Te材料，可以製成響應波長為(wei) 8～14微米大氣窗口的紅外探測器。它與(yu) 工作在同樣波段的Ge：Hg探測器相比有如下優(you) 點：

　　工作溫度高（高於(yu) 77K），使用方便，而Ge：Hg工作溫度為(wei) 38K；本征吸收係數大，樣品尺寸小；易於(yu) 製造多元器件。表1和表2分別列出部分半導體(ti) 材料的Eg、Ei和λc值。

　　通常，凡禁帶寬度或雜質離化能合適的半導體(ti) 材料都具有光電效應。但是製造實用性器件還要考慮性能、工藝、價(jia) 格等因素。常用的光電導探測器材料在射線和可見光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等；在近紅外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0。75Cd0。25Te等；在長於(yu) 8微米波段有：Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si摻雜、Ge摻雜等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式製成光電導探測器。#p#分頁標題#e#

　　可見光波段的光電導探測器CdS、CdSe、CdTe的響應波段都在可見光或近紅外區域，通常稱為(wei) 光敏電阻。它們(men) 具有很寬的禁帶寬度（遠大於(yu) 1電子伏），可以在室溫下工作，因此器件結構比較簡單，一般采用半密封式的膠木外殼，前麵加一透光窗口，後麵引出兩(liang) 根管腳作為(wei) 電極。高溫、高濕環境應用的光電導探測器可采用金屬全密封型結構，玻璃窗口與(yu) 可伐金屬外殼熔封。

　　器件靈敏度用一定偏壓下每流明輻照所產(chan) 生的光電流的大小來表示。例如一種CdS光敏電阻，當偏壓為(wei) 70伏時，暗電流為(wei) 10-6～10-8安，光照靈敏度為(wei) 3～10安/流明。CdSe光敏電阻的靈敏度一般比CdS高。

    光敏電阻另一個(ge) 重要參數是時間常數τ，它表示器件對光照反應速度的大小。光照突然去除以後，光電流下降到最大值的1/e（約為(wei) 37%）所需的時間為(wei) 時間常數τ。也有按光電流下降到最大值的10%計算τ的；各種光敏電阻的時間常數差別很大。CdS的時間常數比較大（毫秒量級）。

　　紅外波段的光電導探測器PbS、Hg1-xCdxTe的常用響應波段在1～3微米、3～5微米、8～14微米三個(ge) 大氣透過窗口。由於(yu) 它們(men) 的禁帶寬度很窄，因此在室溫下，熱激發足以使導帶中有大量的自由載流子，這就大大降低了對輻射的靈敏度。

　　響應波長越長的光，電導體(ti) 這種情況越顯著，其中1～3微米波段的探測器可以在室溫工作（靈敏度略有下降）。3～5微米波段的探測器分三種情況：

　　在室溫下工作，但靈敏度大大下降，探測度一般隻有1～7×108厘米•瓦-1•赫；熱電致冷溫度下工作（約-60℃），探測度約為(wei) 109厘米•瓦-1•赫；77K或更低溫度下工作，探測度可達1010厘米•瓦-1•赫以上。8～14微米波段的探測器必須在低溫下工作，因此光電導體(ti) 要保持在真空杜瓦瓶中，冷卻方式有灌注液氮和用微型製冷器兩(liang) 種。

　　紅外探測器的時間常數比光敏電阻小得多，PbS探測器的時間常數一般為(wei) 50～500微秒，HgCdTe探測器的時間常數在10-6～10-8秒量級。紅外探測器有時要探測非常微弱的輻射信號，例如10-14瓦；輸出的電信號也非常小，因此要有專(zhuan) 門的前置放大器。

　　光電探測器的應用有哪些呢？以上就是小編在這方麵為(wei) 您做的一些介紹，通過上述文章的介紹，相信您對光電探測器已經有了比較深入的了解了吧。除此之外，光電探測器的應用選擇也有一些講究，在那些要求不是很嚴(yan) 格的應用中，一般可以使用任何一種探測器。但是，在某些特定的情況下，就需要慎重選擇光電探測器。