探测器综述论文(HIT)

探测器综述目录碲镉汞光电探测器(Hg1-xCdxTe)..................................................................................................2PbS多晶膜光电导探测器..........................................................................................................3锑化铟光电探测器.....................................................................................................................4硅光电池.....................................................................................................................................6硅光电二极管.............................................................................................................................6PIN硅光电二极管......................................................................................................................7雪崩光电二极管（APD）..........................................................................................................8硅光电池、三极管、二极管、PIN、APD性能参数对比总结..............................................10异质结探测器...........................................................................................................................11象限探测器...............................................................................................................................12光电位置探测器（PSD）.........................................................................................................14量子阱光电探测器...................................................................................................................15结语...........................................................................................................................................16参考文献...................................................................................................................................17碲镉汞光电探测器(Hg1-xCdxTe)1.工作原理其中，Hg1-xCdxTe是由CdTe和HgTe组成的固熔三元化合物半导体，x表示CdTe所占的克分子数。这种三元化合物的成分可以从纯CdT。到纯HgTe之间变化。选择不同的x值就可以制备出一系列不同禁带宽度、不同响应波段的碲镉汞材料，这种材料具有一些可贵的性质:电子有效质量小，本征载流子浓度低等。2.性能参数以实际产品为例进行分析：DMCT(x)-De系列碲镉汞探测器———液氮制冷型红外探测器，波长范围：2~22μm型号/参数DMCT12-De01DMCT14-De01DMCT16-De01DMCT22-De01DMCT12-HS光敏面尺寸(mm)1×11×11×11×11×1波长范围(μm)2-122-142-162-222-12峰值响应度(V/W)3x1031x1039001504x104响应时间(ns)25D*(@λpeak，1KHz)cmHz1/2W-1，Min3x10103x10102.5x10105x1093x1010前置放大器ZPA-101ZPA-101ZPA-101ZPA-101集成信号输出模式电压电压电压电压电压输出信号极性正（P）正（P）正（P）正（P）正（P）表1DMCT(x)-De系列碲镉汞探测器参数其中：DMCT(x)-De为液氮制冷型，x-12/14/16/22，四种截止波长可选，适合一般测量，须选配前置放大器；DMCT12-HS为液氮制冷高速响应型，集成前置放大器，响应时间小于50ns；为高速响应探测器，集成了50MHz带宽的前置放大器，用于红外时间分辨测量，可直接接示波器使用，光敏面尺寸为1mm，另有0.5mm和0.1mm可选，尺寸越小，响应速度越快，最快可达到3.5ns；HgCdTe探测器的时间常数在10～10秒量级。x＝0.2的HG0.8Cd0.2Te材料，可以制成响应波长为8～14微米大气窗口的红外探测器。它与工作在同样波段的Ge：Hg探测器相比有如下优点：①工作温度高（高于77K），使用方便，而Ge:Hg工作温度为38K。②本征吸收系数大，样品尺寸小。③易于制造多元器件。优点：反向饱和电流小、噪声低、探测率高、响应时间短和响应频带宽3.使用条件碲镉汞光电探测器在中波、长波和极长波红外波段具有高灵敏度和波长灵活性，并具有多色能力。碲镉汞还能在短波红外波段工作。限制性：由于碲镉汞材料和基底软而脆的特性，使器件的加工比较困难。材料和可利用的大面积基底的质量对长波红外和极长波红外的大型碲镉汞焦平面列阵有影响。虽然中波和长波红外器件的这些问题大部分解决了，但对于极长波红外和多色器件，特别是有多个p-n结暴露到表面时，仍是主要的问题。改善方式：基底的净化、源材料、生长和工艺条件可以提高碲镉汞器件的低温性能。4.应用领域热成象、CO2激光探测、制导、FTIR光谱学、夜视、激光预警接收、激光外差探测5.发展趋势由于HgCdTe红外探测器的发明，使低温目标（需要长波探测）的红外探测成为可能。从原理上都可以取代前二类红外探测器，因而这类探测器是西方先进国家竞相发展，到目前仍然重点发展的一类探测器，而且集中在第二代和第三代红外探测器，这类探测器又分为4（6）×N线列焦平面和阵列焦平面，前者主要是技术相对后者更成熟，采用并扫技术可做到同等数量元数阵列焦平面更高性能，且价格要比阵列焦平面低，因而西方国家亦在发展之列，典型的4×288、4（6）×576、6×960等；阵列焦平面典型品种有128×128，256×256（或320×256），512×512（或640×480），1024×1024等。PbS多晶膜光电导探测器1.工作原理PbS是一种直接跃迁的Ⅳ-Ⅵ族窄带化合物半导体材料，室温下其禁带宽度为0.41eV（对应长波限λ0=2.952μm），具有较大的激子玻尔半径(18nm)，常温常压下晶格常数为5.935nm，属于NaCl型面心立方结构，晶格为Pb和S组成的面心立方子晶格相互套构而成，其配位数为6。以PbS多晶薄膜制作成近红外探测器，这类器件主要利用了PbS的本征光电导效应。2.性能参数PbS的常用响应波段在1～3微米、3～5微米、8～14微米三个大气透过窗口。3～5微米波段的探测器分三种情况：①在室温下工作，但灵敏度大大下降，探测度一般只有1～7×10厘米·瓦·赫；②热电致冷温度下工作(约-60℃)，探测度约为10厘米·瓦·赫;③77K或更低温度下工作，探测度可达10厘米·瓦·赫以上。PbS探测器的时间常数一般为50～500微秒。与典型PIN结光电二极管相比，在红外波段具有更高的探测能力和更好的线性响应。3.使用条件由于它们的禁带宽度很窄，因此在室温下，热激发足以使导带中有大量的自由载流子，这就大大降低了对辐射的灵敏度。响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3微米波段的探测器可以在室温工作（灵敏度略有下降）。8～14微米波段的探测器必须在低温下工作，因此光电导体要保持在真空杜瓦瓶中，冷却方式有灌注液氮和用微型制冷器两种。红外探测有时要探测非常微弱的辐射信号，例如10瓦；输出的电信号也非常小，因此要有专门的前置放大器。4.应用领域NDIR光谱学、光学测温、光谱学、湿气分析。5.发展趋势近年来国内外很多研究机构和个人从高质量、高性能PbS薄膜这个需求着手，用许多新颖的制备方法制备出了性能优良的PbS薄膜。2000年古巴的E.M.Larramendi等人用CBD法在玻璃基片上沉积了PbS薄膜，同时发现加入Br-1离子到沉积溶液中会影响薄膜的表面形貌，进一步影响PbS薄膜的光电性能，光敏性能在平均颗粒尺寸0.9um时达到最佳。2001年日本的TsukasaTorimoto等人利用电化学原子层外延的方法，在Au(111)基片上制备PbS薄膜，测试表明PbS薄膜为立方岩盐型晶体结构，具有原子量级的平整度，其（200）晶面平行于基片表面。2001年埃及的S.M.Salim等人利用CBD法，在玻璃基片上得到p型电导的硫化铅薄膜，并研究了薄膜的微结构。2002年立陶宛J.Puišo的等人在室温和常压下利用连续离子层吸附反应(SILAR)在Si基片上制备硫化铅薄膜，对薄膜的晶型、晶粒尺寸、微结构、粗糙度与原子组成进行了详细研究。2004年印度的RakeshK.Joshi等人利用CBD在玻璃、SiO2、Si基片上制备PbS纳米薄膜，发现随晶粒尺寸的减小，薄膜的光学带隙增大。2007年，我国空空导弹研究院光电器件研究所司俊杰等人用联氨法制备的PbS薄膜，通过优化沉淀、敏化过程，改善了PbS薄膜成分和形貌的均匀性，由改进后的薄膜所制备的光导PbS探测器，在大尺度（25mm）光敏元尺寸下，光电响应的不均匀度由改进前的±50%减小为±25%。此外，2010年李国伟采用化学浴沉积（CBD）技术在玻璃基片上生长PbS光敏薄膜，并对薄膜在空气中采取不同温度进行敏化，通过比较PbS薄膜敏化前后的微结构和光电导灵敏度找出了优化的敏化温度。同时通过分析敏化前后薄膜的成分，探讨了薄膜敏化后光电性能大幅度提高的机理。在光敏面为3mm×3mm时，薄膜方阻R□约为1MΩ左右，光电导灵敏度S最大可达100%，满足红外探测器对材料性能的要求。探测器对黑体的响应度R可达7.69×102V/W，比探测率D*可达0.23×108cm·Hz1/2·W-1（500K，400，10）。并且在剧烈的环境温度冲击下，探测器也能正常工作。锑化铟光电探测器1.工作原理用窄带半导体InSb可以制备光导型(PC)红外探测器也可以制备光伏型(PV)红外探测器。光导型探测器是一种最基本的光子型探测器。窄带半导体吸收能量大于禁带宽度的光子，使价带的电子跃迁到导带，在导带中产生非平衡电子，在价带中留下非平衡空穴，于是就改变了样品的电导率。电导率的改变与入射光子通量有关。