光電轉(zhuǎn)換器特性的研究

1、實驗簡介實驗簡介傳感器技術(shù)中很重要的一類稱為光傳感器。光傳感器通常是指紫外到紅外波長范圍的傳感器，其類型可分為量子探測器和熱探測器兩類。本實驗將介紹常用的量子探測器或稱光子探測器，它是利用材料的光電效應(yīng)制作成的探測器，故也稱為光電轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)有響應(yīng)度（靈敏度）、光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)時間和可探測的最小輻射功率等。光電轉(zhuǎn)換器件主要是利用光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。自光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)至今，光電轉(zhuǎn)換器件獲得了突飛猛進的發(fā)展，目前各種光電轉(zhuǎn)換器

2、件已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)。常用的光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換器件有光敏電阻、光電倍增器、光電池、PIN管、CCD等。光電倍增器是把微弱的輸入轉(zhuǎn)換為電子，并使電子獲得倍增的電真空器件。當(dāng)光信號強度發(fā)生變化時，陰極發(fā)射的光電子數(shù)目相應(yīng)變化，由于各倍增極的倍增因子基本上保持常數(shù)，所以陽極電流亦隨光信號的變化而變化，此即光電倍增管的簡單工作過程。由此可見，光電倍增管的性能主要由光陰極、倍增極及極間電壓決定。光電陰極受強光照射后，由于發(fā)射電子的速率很高，光電陰極

3、內(nèi)部來不及重新補充電子，因此使光電倍增管的靈敏度下降。如果入射光強度太高，導(dǎo)致器件內(nèi)電流太大，以至于電陰極和倍增極因發(fā)射二分解，就會造成光電倍增管的永久性波壞。因此，使用光電倍增管時，應(yīng)避免強光直接入射。光電倍增管一般用來測弱光信號。光電池是把光能直接變成電能的器件，可作為能源器件使用，如衛(wèi)星上使用的太陽能電池。它也可作為光電子探測器件。光電二極管有耗盡層光電二極管和雪崩光電二極管兩種。半導(dǎo)體pn結(jié)區(qū)附近成為耗盡層，該層的兩側(cè)是相對高的

4、空間電荷區(qū)，而耗盡層內(nèi)通常情況下并不存在電子和空穴。只有當(dāng)光照射pn結(jié)時才能使耗盡層內(nèi)產(chǎn)生載流子（電子－空穴對），載流子被結(jié)內(nèi)電場加速形成光電流。利用該原理制成的光電二極管稱為耗盡層光電二極管。耗盡層光電二極管有pin層、pn層、金屬－半導(dǎo)體型、異質(zhì)型等?二次電子發(fā)射效應(yīng)?當(dāng)電子轟擊某物體時，如果該電子的動能足夠大，被轟擊物體將會有新的電子發(fā)射出來，該現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射效應(yīng)。轟擊物體的電子稱為一次電子，物體吸收一次電子后激勵體內(nèi)的電子

5、到高能態(tài)，這些高能電子的一部分向物體表面運動，到達表面時仍具有足夠的能量克服表面勢壘而發(fā)射出來的電子稱為二次電子。?常用的光電轉(zhuǎn)換器件主要有光敏電阻、光電倍增管、光電二極管等。?光電二極管?光電二極管是典型的光電效應(yīng)探測器，具有量子噪聲低、響應(yīng)會、使用方便等特點，廣泛用于激光探測器。圖1.1.11是硅光電二極管的工作原理。外加反偏電壓于結(jié)內(nèi)電場方向一致，當(dāng)pn結(jié)及其附近被光照射時，就會產(chǎn)生載流子（即電子－空穴對）。結(jié)區(qū)內(nèi)的電子－空穴對在