光電探測器的應用

　　photoconductivedetector利用半導體材料的光電導效應制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(xiàn)象。光電導探測器在軍事和國民經(jīng)濟的各個領域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用于導彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。光電導體的另一應用是用它做攝像管靶面。為了避免光生載流子擴散引起圖像模糊，連續(xù)薄膜靶面都用高阻多晶材料，如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取鑲嵌靶面的方法，整個靶面由約10萬個單獨探測器組成。

    1873年，英國W•史密斯發(fā)現(xiàn)硒的光電導效應，但是這種效應長期處于探索研究階段，未獲實際應用。第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著半導體的發(fā)展，各種新的光電導材料不斷出現(xiàn)。在可見光波段方面，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制成功，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年代末以后，HgCdTe、PbSnTe等可變禁帶寬度的三元系材料的研究取得進展。工作原理和特性光電導效應是內(nèi)光電效應的一種。

　　當照射的光子能量hv等于或大于半導體的禁帶寬度Eg時，光子能夠將價帶中的電子激發(fā)到導帶，從而產(chǎn)生導電的電子、空穴對，這就是本征光電導效應。這里h是普朗克常數(shù)，v是光子頻率，Eg是材料的禁帶寬度（單位為電子伏）。因此，本征光電導體的響應長波限λc為λc=hc/Eg=1.24/Eg（μm）式中c為光速。本征光電導材料的長波限受禁帶寬度的限制。

　　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??；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。#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(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，因此器件結構比較簡單，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構，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。