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光學元件

光電探測器的應用及其工作原理(二)

星之球激光 來源:21ic2012-04-27 我要評論(0 )   

在60年代初以前還沒有研制出適用的窄禁帶寬度的半導體材料,因而人們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(zhì)能級,照射的光子能量只要等于或大...

 

在60年代初以前還沒有研制出適用的窄禁帶寬度的半導體材料,因而人們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(zhì)能級,照射的光子能量只要等于或大于雜質(zhì)能級的離化能,就能夠產(chǎn)生光生自由電子或自由空穴。非本征光電導體的響應長波限λ由下式求得λc=1。24/Ei式中Ei代表雜質(zhì)能級的離化能。

到60年代中后期,Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元系半導體材料研制成功,并進入實用階段。它們的禁帶寬度隨組分x值而改變,例如x=0。2的HG0。8Cd0。2Te材料,可以制成響應波長為8~14微米大氣窗口的紅外探測器。它與工作在同樣波段的Ge:Hg探測器相比有如下優(yōu)點:

工作溫度高(高于77K),使用方便,而Ge:Hg工作溫度為38K;本征吸收系數(shù)大,樣品尺寸小;易于制造多元器件。表1和表2分別列出部分半導體材料的Eg、Ei和λc值。

通常,凡禁帶寬度或雜質(zhì)離化能合適的半導體材料都具有光電效應。但是制造實用性器件還要考慮性能、工藝、價格等因素。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;在長于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制成光電導探測器。

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(qū)域,通常稱為光敏電阻。它們具有很寬的禁帶寬度(遠大于1電子伏),可以在室溫下工作,因此器件結(jié)構(gòu)比較簡單,一般采用半密封式的膠木外殼,前面加一透光窗口,后面引出兩根管腳作為電極。高溫、高濕環(huán)境應用的光電導探測器可采用金屬全密封型結(jié)構(gòu),玻璃窗口與可伐金屬外殼熔封。

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

光敏電阻另一個重要參數(shù)是時間常數(shù)τ,它表示器件對光照反應速度的大小。光照突然去除以后,光電流下降到最大值的1/e(約為37%)所需的時間為時間常數(shù)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(shù)差別很大。CdS的時間常數(shù)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微米三個大氣透過窗口。由于它們的禁帶寬度很窄,因此在室溫下,熱激發(fā)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,探測度一般只有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,因此光電導體要保持在真空杜瓦瓶中,冷卻方式有灌注液氮和用微型制冷器兩種。

紅外探測器的時間常數(shù)比光敏電阻小得多,PbS探測器的時間常數(shù)一般為50~500微秒,HgCdTe探測器的時間常數(shù)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面為您做的一些介紹,通過上述文章的介紹,相信您對光電探測器已經(jīng)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。

 

 

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