《获取材料I》PPT课件

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1、第 五 章 信 息 获 取 材 料信 息 功 能 材 料 5.1 概 述q光 电 子 材 料 是 伴 随 着 “ 光 电 子 学 ” 和 “ 光 电 子 工 业 ”的 产 生 而 迅 速 发 展 的 新 型 功 能 材 料 ， 即 能 够 实 现 光 电 转换 的 一 类 功 能 材 料 。q由 于 在 光 电 子 学 中 信 息 的 获 取 、 存 储 和 处 理 等 功 能 是由 光 子 和 电 子 联 合 完 成 的 ， 而 信 息 的 传 输 则 纯 粹 由 光 子完 成 ， 所 以 光 电 子 材 料 是 实 现 光 子 作 为 更 高 频 率 和 速 度的 信 息 载 体 的 物

2、质 基 础 ， 是 制 作 高 性 能 、 小 型 化 、 集 成化 的 光 电 子 器 件 的 原 料 。q它 主 要 包 括 光 源 和 信 息 获 取 材 料 、 信 息 传 输 材 料 、 信息 存 储 材 料 以 及 信 息 处 理 和 运 算 材 料 。q目 前 信 息 获 取 材 料 主 要 为 光 电 信 息 材 料 ， 其 中 最 主 要的 是 光 电 探 测 器 材 料 。 5.2 光 电 材 料 的 物 理 基 础v半 导 体 与 光 的 相 互 作 用 ， 最 为 典 型 与 常 见 的 就 是 光 入 射 到半 导 体 上 时 ， 一 部 分 被 反 射 ， 一 部

3、分 被 吸 收 或 都 透 射 过 半 导体 。v决 定 这 些 相 互 作 用 的 物 理 基 础 是 能 带 结 构 。 决 定 半 导 体 光学 性 质 的 最 重 要 的 因 素 波 长 ， 在 红 外 线 、 可 见 光 的 范 围内 ， 这 是 因 为 几 乎 所 有 半 导 体 的 带 隙 能 量 都 处 在 这 个 波 长 范围 内 。v常 用 光 的 波 长 约 为 半 导 体 晶 格 常 数 的 1000倍 以 上 ， 因 此 半导 体 的 光 学 性 质 可 以 用 宏 观 的 晶 体 光 学 中 的 折 射 率 和 吸 收 系数 来 表 达 。 即 电 磁 波 （ 光

4、） 在 半 导 体 内 传 播 的 现 象 可 以 用 Maxwell 电 磁 方 程 来 表 示 。一 、 半 导 体 与 光 之 间 的 相 互 作 用1. 高 双 折 射 光 纤 假 设 电 磁 波 的 波 矢 设 定 为 ， 则介 电 常 数 可 以 这 样 表 示 ：这 样 ， 复 折 射 率 ： )()()( 21 i )( trkieE 2.半 导 体 和 电 磁 波 之 间 的 相 互 作 用 0k消光系数折射率:)( :)( )()()()()()( 21 kn iknin 光 入 射 进 半 导 体 ： 入 射 光 子 的 能 量 hv 大 于 半 导 体 的 禁带 宽 度

5、 Eg 时 ,将 产 生 吸 收 。 本 征 吸 收 通 常 指 的 是 带 间 吸 收 。 半 导 体 本 征 吸 收 的 特点 是 在 不 大 的 光 谱 范 围 内 吸 收 系 数 突 然 增 大 。 本 征 吸 收 限 ： 吸 收 系 数 突 然 增 至 很 大 的 光 波 长 或 频 率 。可 以 根 据 它 来 确 定 禁 带 宽 度 。 带 间 吸 收 跃 迁 必 须 满 足 能 量 与 动 量 守 恒 ， 且 有 两 种 跃迁 ： 直 接 和 间 接 跃 迁 ， 相 应 得 出 两 种 不 同 类 型 的 半 导体 ： 直 接 带 隙 半 导 体 ： 化 合 物 半 导 体 G

6、aAs、 GaSb、 InP、InAs和 Zn, Cr, Pb的 硫 化 物 ； 间 接 带 隙 半 导 体 ： Ce、 Si、 GaP。二 、 半 导 体 的 光 吸 收1. 本征吸收 （ 1） 强 电 场 下 的 本 征 吸 收 夫 兰 茨 凯 尔 迪 什 效 应 ： 时 ， 光 子 隧 道 效 应 能 带 倾 斜 ， 且 ： 电 场 对 吸 收 系 数 的影 响 比 较 复 杂 。 由 于 Stark效 应 ，强 电 场 时 原 子 发 射 谱 线 发 生 移 动和 分 裂 。 这 些 能 谱 的 间 距 为 ：2. 电 场 、 压 力 和 温 度 对 本 征 吸 收 的 影 响gEh

7、gExeE gEh eEaEa 为电场方向的晶格常数。 （ 2） 压 力 对 本 征 吸 收 限 的 影 响 压 力 改 变 原 子 间 距 ， 从 而 改 变 禁 带 宽 度 ， 进 而 再 改变 本 征 吸 收 限 。 （ 应 用 ： 力 敏 元 件 ）2. 电 场 、 压 力 和 温 度 对 本 征 吸 收 的 影 响 （ 3） 温 度 的 影 响u能 级 粒 子 数 由 Fermi-Dirac分 布 函 数 决 定 ， 此 函数 包 括 温 度 和 Fermi 能 级 。u温 度 也 能 通 过 改 变 禁 带 宽 度 来 改 变 本 征 吸 收 限 。温 度 越 高 ， 本 征 吸

8、收 限 越 向 低 能 量 方 向 移 动 。 由以 下 两 种 效 应 引 起 ：一 、 在 温 度 升 高 时 ， 晶 体 膨 胀 ， 晶 格 原 子 距 离 增 大 ，导 致 禁 带 宽 度 减 小 ；二 、 温 度 升 高 ， 晶 格 振 动 增 强 ， 电 声 作 用 增 强 ， 从而 导 致 允 许 能 带 的 增 宽 和 禁 带 宽 度 的 减 小 。2. 电 场 、 压 力 和 温 度 对 本 征 吸 收 的 影 响 3. 激 子 吸 收激 子 ： 如 果 在 能 量 为 的 光 子 作 用 下 ， 价 带 的 电 子 受到 激 发 但 尚 不 能 进 入 导 带 成 为 自

9、由 电 子 ， 即 仍 然 受 到 空穴 库 仑 场 的 作 用 ， 则 会 形 成 相 互 束 缚 的 受 激 电 子 空 穴对 ， 对 外 呈 中 性 。 这 种 彼 此 相 互 束 缚 的 受 激 电 子 和 空 穴组 成 的 系 统 称 为 激 子 。自 由 激 子 是 吸 收 能 量 为 的 光 子 形 成 的 。 为 自 由 激 子 的 束 缚 能 ， 也 是 将 自 由 激 子 离 解 为 自由 电 子 和 自 由 空 穴 所 需 要 的 能 量 ：h xg EEh xE )(6.1322 eVnmmEx M 为 电 子 和 空 穴 的 折 合 质 量 。 q半 导 体 中 可

10、以 掺 入 等 价 替 位 式 杂 质 ， 则 可 以 形 成以 这 个 杂 质 为 中 心 的 等 电 子 陷 阱 或 等 电 子 中 心 ，它 可 以 束 缚 激 子 ， 所 需 要 的 能 量 比 自 由 激 子 低 一些 。 由 它 所 束 缚 的 激 子 可 以 复 合 并 发 射 出 光 子 ，所 以 这 些 杂 质 中 心 也 称 为 等 电 子 复 合 中 心 。q原 理 ： 如 果 杂 质 原 子 位 于 晶 格 原 子 之 上 ， 则 它 的电 子 亲 和 势 较 大 ， 可 以 先 束 缚 一 个 电 子 ， 再 利 用库 仑 力 吸 附 一 个 空 穴 。q反 之 ，

11、则 先 束 缚 一 个 空 穴 ， 再 吸 附 一 个 电 子 。q总 的 效 果 就 是 形 成 等 电 子 中 心 束 缚 的 激 子 。 4. 等 电 子 中 心 束 缚 激 子 吸 收 v杂 质 能 级 分 为 施 主 能 级 和 受 主能 级 两 种 。 前 者 离 导 带 近 ， 后都 离 价 带 近 。v光 子 的 作 用 可 以 使 杂 质 中 心 电离 ， 即 光 致 电 离 ， 并 且 在 吸 收光 谱 上 有 所 反 映 ， 但 光 子 的 能量 不 应 小 于 杂 质 电 离 能 。5.能 带 与 杂 质 能 级 之 间 的 吸 收 跃 迁 当 晶 体 中 同 时 存

12、在 施 主 杂 质 和 受 主 杂 质 时 ， 有 一 部 分受 主 态 被 占 ， 而 一 部 分 施 主 态 空 着 。 这 时 可 以 吸 收 适当 能 量 的 光 子 ， 而 使 电 子 由 受 主 向 施 主 跃 迁 。 所 需 要的 最 低 能 量 为 ：6. 受 主 与 施 主 间 的 吸 收 跃 迁受主电离能分别为孤立施、,)( ad adgEE EEEh （ 1） 无 选 择 性 自 由 载 流 子 吸 收所 谓 自 由 载 流 子 是 指 那 些 能 够 在 一 个 允 许 能 带 内 自 由 运动 并 对 外 界 的 作 用 做 出 反 应 的 载 流 子 。 它 可 以

13、 吸 收 光 子 ，并 跃 迁 到 较 高 的 能 级 。通 常 所 说 的 自 由 载 流 子 吸 收 是 指 载 流 子 的 吸 收 跃 迁 发 生在 同 一 能 带 或 亚 能 带 范 围 之 内 。7. 自 由 载 流 子 吸 收（ 2） 有 选 择 性 自 由 载 流 子 吸 收除 了 无 选 择 性 载 流 子 外 ， 还 可 以在 单 调 增 长 的 吸 收 曲 线 上 观 察 到附 加 的 吸 收 带 。 是 载 流 子 从 一 个亚 能 带 到 另 一 个 亚 能 带 ， 或 同 能带 中 从 一 个 能 谷 跃 迁 到 另 一 个 能量 较 高 的 能 谷 。 p光 电 效

14、 应 是 指 物 质 在 光 的 作 用 之 下 释 放 出 电 子的 现 象 ， 有 外 光 电 效 应 和 内 光 电 效 应 两 类 。 内外 取 决 于 吸 收 光 子 后 电 子 是 否 能 够 逸 出 半 导 体之 外 。p 对 于 均 匀 半 导 体 ， 光 作 用 下 发 生 的 电 性 能 变 化首 先 是 电 导 的 变 化 ， 即 光 电 导 现 象 ；p 对 于 p-n结 等 存 在 不 均 匀 性 的 半 导 体 或 者 处 于 一定 不 均 匀 条 件 下 的 均 匀 半 导 体 ， 内 光 电 效 应 的结 果 是 产 生 光 电 势 ， 即 光 生 伏 特 效

15、应 。p 光 电 效 应 是 物 理 上 把 光 信 号 转 化 为 电 信 号 的 重要 基 础 。 三 、 半 导 体 的 光 电 效 应 （ 1） 本 征 光 电 导 和 杂 质 光 电 导取 决 于 不 同 类 型 的 吸 收 跃 迁 过 程 。 从 价 带 至 导 带 的跃 迁 引 起 的 光 电 导 称 为 本 征 光 电 导 。实 现 本 征 光 电 导 的 必 要 条 件 是 ：杂 质 能 带 或 允 许 能 带 之 间 的 跃 迁 所 引 起 的 光 电 导 称为 杂 质 光 电 导 。1. 光 电 导 )(24.1)()( eVEeVE hcmEh ggg 或 a) 深 施

16、 主 能 级 的 n型 半 导 体 中 ， 电 导 率 不 大 ；b) 如 果 受 到 量 子 能 量 则 电 子 从 中 性 施 主 能 级 跳至 导 带 ， 增 加 了 电 导 率 ；c) 在 具 有 深 受 主 能 级 的 p型 半 导 体 中 ， 如 果 ，使 电 子 从 价 带 向 中 性 受 主 跃 迁 ， 形 成 电 离 受 主 。1. 光 电 导 dEh aEh （ 2） 光 电 导 灵 敏 度表 示 光 电 导 体 把 光 转 变 为 电 流 的 能 力 ， 通 常 借助 比 灵 敏 度 Sp来 表 征 ， 研 究 表 明 ， 它 只 与 材 料的 性 质 有 关 ， 与 外

17、 加 条 件 无 关 。（ 3） 表 面 对 光 电 导 的 影 响晶 体 的 表 面 比 内 部 有 更 多 缺 陷 和 杂 质 ， 产 生 表面 复 合 效 应 ， 致 使 表 面 的 载 流 子 寿 命 比 体 内 的短 很 多 ， 直 接 影 响 比 灵 敏 度 。1. 光 电 导 （ 4） 噪 声光 子 噪 声 、 热 激 噪 声 、 产 生 -复 合 噪 声 、 陷 阱 效 应 噪 声 、1/f 噪 声 。1. 光 电 导 内 建 电 场 是 产 生 光 电 势 一 个 主 要 原 因 ， 但 是 均 匀 半 导 体中 没 有 内 建 电 场 ， 必 须 要 有 附 加 条 件 ：

18、 电 子 和 空 穴 的 迁移 率 不 同 （丹倍Dember效 应 ） 、 存 在 外 加 磁 场 （ 光 磁 电效 应 ） 。（ 1） p-n结 的 光 生 伏 特 效 应 2. 光 生 伏 特 效 应)( 1 kTeVsd eIIV为 正 向 偏 压 ;I d为 正 向 暗 电 流 ; Is为 反 向 饱 和 电 流 . （ 2） 异 质 结 的 光 生 伏 特 效 应主 要 应 用 异 质 结 中 存 在 的 宽 带 材 料 的 “ 窗 口 效 应 ” ， 其 光谱 灵 敏 区 将 是 带 。（ 3） Schottky Barrier光 生 伏 特 效 应金 属 和 半 导 体 相 接

19、 触 ， 形 成 空 间 电 荷 区 ， 能 带 发 生 弯 曲 。1） 内 光 电 子 发 射2） 光 生 伏 特 效 应 光 电 压 :2. 光 生 伏 特 效 应 21 gg EE )1ln( sasciIIekTVIsci 为 短 路 光 电 流 , Isa 为 反 向 饱 和 电 流 。 （ 4） 体 积 光 生 伏 特 效 应1） 丹 倍 (Dember)效 应当 光 垂 直 照 射 在 半 导 体 表 面 ， 形 成 从 表 面 到 体 内 的 载流 子 浓 度 梯 度 ， 产 生 扩 散 ， 在 光 的 传 播 方 向 产 生 电 势差 。2） 光 磁 电 效 应在 半 导 体

20、 外 加 一 个 与 光 线 垂 直 的 磁 场 ， 使 得 电 子 和 空穴 分 开 。 与 Dember效 应 不 同 ， 磁 扩 散 电 流 使 得 样 品 在电 流 方 向 上 发 生 电 荷 积 累 ， 并 且 在 垂 直 于 光 传 播 和 磁场 方 向 建 立 起 电 场 ， 引 起 漂 移 运 动 。 扩 散 与 漂 移 是 两个 相 反 过 程 ， 平 衡 后 ， 形 成 稳 定 的 光 电 压 。2. 光 生 伏 特 效 应 光 电 子 发 射 （ 光 电 发 射 ） 是 指 固 体 在 光 的 照 射 下 向 外发 射 电 子 的 过 程 ， 属 于 外 光 电 效 应

21、， 主 要 应 用 于 光 探测 器 和 光 电 变 换 领 域 ， 还 可 以 用 来 研 究 固 体 材 料 能 带结 构 （ 称 为 光 电 子 能 谱 技 术 ） 。（ 1） 体 积 光 电 效 应只 要 电 子 具 有 足 以 从 固 体 逸 出 的 能 量 ， 属 于 表 面 效 应和 体 积 效 应 的 两 种 光 电 发 射 现 象 可 以 同 时 存 在 。（ 2） 半 导 体 的 光 电 发 射 阈使 电 子 离 开 半 导 体 的 最 低 光 子 能 量 ， 用 E T 表 示 。 对于 重 掺 杂 的 n 型 半 导 体 ： 3.光 电 子 发 射 为电子的亲和势; g

22、T EE （ 3） 光 电 发 射 的 物 理 过 程光 电 发 射 过 程 主 要 是 一 种 体 积 过 程 。 可 以 把 它 考 虑为 三 个 相 对 独 立 的 过 程 。3. 光 电 子 发 射l光 激 发 : 激 发 特 性 与 半 导 体 的能 带 结 构 紧 密 相 关 ;l受 激 电 子 的 扩 散 : 受 激 电 子 向固 体 表 面 扩 散 并 最 终 到 达 表面 , 在 该 过 程 中 电 子 发 生 散 射并 失 去 部 分 能 量 ；l受 激 电 子 的 逸 出 : 受 激 电 子 克服 电 子 的 亲 和 势 ,越 过 表 面 势垒 , 逃 逸 到 真 空 中

23、 。 （ 4） 量 子 效 率为 了 提 高 量 子 发 射 效 率 ， 对 半 导 体 材 料 要 求 如 下 ：l表 面 反 射 系 数 尽 可 能 低 ；l电 子 亲 和 势 尽 可 能 低 （ 增 大 逃 逸 几 率 ） ；l较 高 的 光 吸 收 系 数 ；l逃 逸 深 度 尽 可 能 大 于 吸 收 深 度 ；l禁 带 宽 度 要 适 中 ： 从 光 电 发 射 的 阈 能 ET 角 度 来看 ， E g 要 小 ； 但 从 光 电 子 向 表 面 运 动 时 的 散 射考 虑 ， Eg 要 大 （ 可 降 低 散 射 几 率 、 增 大 逃 逸 几率 ） 。 3.光 电 子 发

24、射 （ 5） 表 面 条 件 的 影 响 1） 能 带 弯 曲表 面 态 引 起 并 建 立 空 间 电 荷 区 ， 致 使 能 带 弯 曲 。 2） 发 射 阈 和 有 效 电 子 亲 和 势 的 进 一 步 降 低方 法 加 一 层 低 功 能 涂 层 ： 使 得 整 个 半 导 体 的 能 级相 对 于 表 面 升 高 了 F或 者 说 使 功 函 数 降 低 了 F。 3. 光 电 子 发 射 （ 6） 半 导 体 的 光 电 发 射 与 能 带 结 构作 为 重 要 的 光 电 效 应 ， 光 电 发 射 除 了 光 电 变 换 方 面的 应 用 外 ， 还 可 以 应 用 于 确

25、定 能 带 结 构 。 3. 光 电 子 发 射1） 只 有 被 激 发 到 终 态高 于 真 空 能 级 的 那 些受 激 电 子 才 可 能 从 半导 体 逸 入 真 空 中 ， 发射 效 率 光 谱 曲 线 的 形状 与 半 导 体 的 能 带 结构 密 切 相 关 ；2） 可 以 测 量 发 射 电 子的 能 量 分 布 曲 线 。 5.3 光 电 探 测 器 材 料 的 基 本 特 征光 电 探 测 器 是 将 光 信 号 转 换 成 电 信 号 的 一 族 器 件 。 （ 1） 外 光 电 效 应 （ 光 电 发 射 效 应 ）入 射 光 子 吸 收 光 的 物 质 表 面 （ 称

26、 为 光 电 阴 极 ） 所 发 生 的电 子 效 应 称 为 外 光 电 效 应 。（ 2） 内 光 电 效 应按 工 作 原 理 ， 内 光 电 有 光 电 导 型 和 光 伏 型 ， 机 理 主 要 有本 征 和 非 本 征 的 。1.光 子 探 测 器 材 料一 、 红 外 探 测 器 材 料 分 类 （ 1） 内 光 电 效 应1） 本 征 型 光 电 导 探 测 器 材 料光 子 能 量 大 于 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 能 将 价 带 中 的 电 子 激 发到 导 带 上 以 产 生 e-p 对 ， 即 产 生 带 间 吸 收 并 形 成 光 电 导 。1. 光 子 探 测

27、 器 材 料 2） 非 本 征 型 光 电 导 探 测 器 材 料光 子 能 量 小 于 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 也 可 能 将 束 缚 在 杂 质 能级 上 的 载 流 子 激 发 到 导 带 或 价 带 中 并 产 生 光 电 导 。主 要 是 利 用 量 子 阱 子 能 级 间 吸 收 。1. 光 子 探 测 器 材 料 3） 内 光 电 发 射 材 料 （ 光 伏 型 光 电 探 测 器 材 料 ）利 用 半 导 体 的 p-n 结 或 Schottky 结 在 光 的 作 用 下 产 生 光电 压 或 光 电 流 进 行 光 探 测 。最 典 型 的 例 子 就 是 ： 太

28、阳 能 电 池 。1.光 子 探 测 器 材 料 n利 用 热 效 应 制 作 的 一 种 探 测 器 ， 吸 收 红 外 辐 射后 产 生 温 度 变 化 ， 同 时 材 料 的 物 理 性 质 发 生 改变 ：n体 积 膨 胀 ： 高 莱 探 测 器 ；n电 阻 变 化 ： 测 辐 射 热 计 ；n两 种 不 同 温 差 电 动 势 材 料 上 的 电 压 变 化 ： 热 电偶 材 料 主 要 有 以 下 三 种 ： （ 1） 辐 射 温 差 电 偶 与 温 差 电 堆 材 料 ； （ 2） 测 辐 射 热 计 用 材 料 ； （ 3） 热 释 电 红 外 探 测 器 用 材 料 。2.

29、热 探 测 器 材 料 （ 1） 电 流 响 应 度 、 电 压 响 应 度 ：（ 2） 光 电 探 测 器 的 外 量 子 效 率 ：二 、 光 电 探 测 器 的 性 能 参 数：输入光功率：输出光电压：输出光电流 ipp ipVipIPVI PVRPIR llE RmReh )( 24.1 （ 3） 光 电 探 测 器 的 暗 电 流 Id与 噪 声NEP表 示 在 1Hz的 信 号 带 宽 上 当 信 噪 比 SNR为 1时 对 应 的输 入 光 功 率 。 在 信 号 带 宽 或 测 量 带 宽 为 B时 ， 如 果 SNR仍为 1， 则 此 光 功 率 的 P(W)的 下 限 为

30、：（ 4） 探 测 率（ 5） （ 3dB） 即 功 率 下 降 到 1/2时 对 应 的 信 号 频 率二 、 光 电 探 测 器 的 性 能 参 数BNEPP 测面积为光电探测器的等效探A NEPABD * 固 体 探 测 器 的 2个 基 本 性 质 ：（ 1） 热 平 衡 自 由 载 流 子 少 ； （ 2） 陷 阱 复 合 中 心 要 少 。符 合 上 述 两 条 件 的 就 只 有 半 导 体 了 。 下 面 是 具 体 的 一 些要 求 及 其 目 的 ： 1. 对 电 子 和 空 穴 有 长 的 漂 移 长 度 ： 达 到 有 效 载 流 子 和 好的 参 量 分 辨 率 ；

31、2. 禁 带 宽 度 大 ： 可 工 作 的 温 度 高 ， 使 用 范 围 宽 ； 3. 低 的 净 杂 质 浓 度 ： 获 得 较 大 的 耗 尽 区 ； 4. 高 的 原 子 序 数 ： 对 g 有 高 的 探 测 效 率 ； 5. 理 想 的 晶 体 生 长 技 术 和 电 接 触 技 术 ： 便 于 制 备 探 测 器 。三 、 半 导 体 探 测 器 对 材 料 的 要 求1. 一 般 的 基 本 要 求 （ 1） 硅 面 垒 探 测 器 的 n 型 和 p 型 硅 单 晶 ：用 区 熔 法 制 取 高 纯 硅 单 晶 ， 对 它 的 要 求 是 ： 1. 电 阻 率 要 高 ，

32、但 补 偿 温 度 要 低 ； 2. 积 要 大 ； （ 迁 移 率 和 少 子 寿 命 ） 3. 位 错 密 度 要 小 且 均 匀 ， 不 能 存 在 堆 垛 层 错 和位 错 排 ； 4. 径 向 和 轴 间 电 阻 率 的 不 均 匀 性 应 小 于 15%。2. 硅 单 晶 （ 2） 用 于 制 备 硅 锂 漂 移 探 测 器 的 p 型 硅 单 晶 ： 对 晶 格 的 完 整 性 要 求 高 ， 因 为 用 p型 Si制 备 漂移 探 测 器 时 有 一 个 锂 漂 移 过 程 ， 而 在 锂 漂 移 过 程中 锂 离 子 易 与 氧 及 空 位 等 结 合 而 构 成 不 同 的

33、 复 合体 ， 阻 挠 锂 离 子 移 动 ， 导 致 补 偿 达 到 不 够 的 宽 度 ，所 以 要 求 ： 1. 基 硼 电 阻 率 高 ， 不 掺 杂 ； 2. 径 向 均 匀 性 好 ； 3. 寿 命 大 于 500微 秒 ； 4. 氧 含 量 小 于 2*10 15 cm-2 2. 硅 单 晶 （ 3） 用 于 制 备 薄 的 dE/dx外 延 探 测 器 的 材 料 1） 对 外 延 层 材 料 的 要 求 ： 电 阻 率 与 衬 底 电 阻 率 之 比 要 大 于 10000； 电 阻 率 均 匀 ； 它 与 衬 底 层 之 间 有 一 明 显 的 突 变 交 界 面 ； 衬

34、底 材 料 的 电 阻 率 较 小 ； 2） 对 化 合 物 半 导 体 材 料 的 要 求 ： 较 高 的 平 均 原 子 序 数 ； 较 宽 的 禁 带 宽 度 ； 较 高 的 纯 度 和 完 整 性 ； 较 大 的 积 。 2. 硅 单 晶 5.4 元 素 半 导 体 光 电 材 料典 型 的 禁 带 宽 度 ： Si 1.12 eV Ge 0.665 eV理 想 的 晶 体 在 绝 对 零 度 时 存 在 一 个 空 的 导 带 ， 由 一个 禁 带 把 它 一 填 满 的 价 带 隔 开 ， 随 着 温 度 上 升 ， 由于 热 激 发 而 产 生 e-p 对 ， 引 起 导 电 势

35、 ， 这 种 性 质 叫做 本 征 半 导 电 性 ， 电 子 和 空 穴 具 有 相 同 的 浓 度 ：一 、 Si 和 Ge 的 结 构 特 征 和 电 学 性 质 )( )2exp(2/3 npii gi enkTEUTn 由此得到：1. 本 征 性 质 实 际 上 理 想 的 晶 体 是 不 存 在 的 ， 化 学 杂 质 和 结 构缺 陷 或 多 或 少 为 存 在 ， 影 响 平 衡 时 电 子 和 空 穴 的 相对 浓 度 。 导 带 中 的 电 子 数 ： 如 果 施 主 和 受 主 相 等 浓 度 导 致 类 似 本 征 材 料 的 状况 。 杂 质 能 级 如 果 靠 近

36、相 应 能 带 边 缘 ， 则 为 浅 位 杂 质 ，反 之 为 深 位 杂 质 。 前 者 是 III族 和 V族 的 全 部 元 素 ，后 者 有 过 渡 金 属 等 。2. 非 本 征 性 质 2innp 热 振 动 、 杂 质 和 结 构 缺 陷 是 晶 体 周 期 的 不 完 整 性 的三 个 方 面 。缺 陷 的 重 要 性 主 要 在 于 它 们 对 迁 移 率 、 复 合 和 俘 获现 象 的 影 响 ， 主 要 有 点 缺 陷 、 线 缺 陷 和 面 缺 陷 。点 缺 陷 是 集 中 在 晶 体 中 单 点 的 结 构 缺 陷 ， 包 括 空 位和 填 隙 等 ；线 缺 陷

37、是 沿 着 一 条 件 集 中 的 不 完 整 性 ， 也 叫 做 位 错 ，如 ： 应 力 作 用 下 产 生 的 某 些 平 面 滑 移 等 ；人 们 对 面 缺 陷 的 研 究 知 之 甚 少 ， 相 对 来 说 也 不 太 重要 。3. 晶 格 的 结 构 缺 陷 在 实 际 应 用 中 ， 电 子 和 空 穴 的 浓 度 往 往 是 偏 离 平 衡 浓 度的 ， 即 所 谓 的 非 平 衡 现 象 是 普 遍 存 在 的 。如 果 ：那 么 ， 可 以 定 义 为 少 数 载 流 子 寿 命 。 再 由 Einstein关系 可 以 得 到 扩 散 率 和 扩 散 长 度 ：在 最

38、初 的 半 导 体 晶 体 中 ， 截 流 载 流 子 寿 命 仅 受 复 合 过 程限 制 ， 因 为 当 时 注 重 于 减 少 俘 获 效 应 ； 但 是 在 半 导 体 辐射 探 测 器 的 研 究 中 ， 往 往 是 由 测 量 出 的 电 荷 收 集 效 率 来推 导 电 荷 载 流 子 的 寿 命 的 。4. 半 导 体 辐 射 探 测 器 的 有 效 载 流 子 浓 度/0)( tentn DDL ektD 2/1)( / Eg(Si) = 1.12 eV Eg(Ge) = 0.67 eV， 两 者 的 本 征 型 探 测 器远 不 如 PbS探 测 器 ， 所 以 要 引 入

39、 杂 质 。1.非 本 征 Si 材 料 的 特 性引 入 杂 质 在 Si禁 带 中 建 立 起 相 应 的 局 部 能 态 ， 外 界 红 外辐 射 会 引 起 杂 质 能 级 的 光 激 励 ， 光 电 导 响 应 与 这 些 能 级到 导 带 或 满 带 的 电 子 或 空 穴 跃 迁 有 关 。2.非 本 征 Si 探 测 器 的 特 点硅 的 介 电 系 数 低 ， 具 有 合 适 能 级 的 杂 质 的 溶 解 性 高 ， 所以 能 够 制 成 红 外 吸 收 系 数 较 大 的 非 本 征 型 硅 探 测 器 。3.非 本 征 硅 探 测 器 的 应 用 ：热 成 像 技 术

40、， 红 外 探 测 器 。二 、 非 本 征 硅 红 外 探 测 器 材 料 5.5 III-V族 化 合 物 半 导 体 光 电 材 料GaAs的 禁 带 宽 度 比 Si稍 微 高 一 点 ， 有 利 于 制 作 在 较 高 温度 下 的 器 件 ； 其 迁 移 率 较 高 ， 约 是 Si中 电 子 的 5倍 。GaAs为 闪 锌 矿 结 构 ， 密 度 为 5.307g/cm-3， 主 要 为 共 价 键形 式 。 能 带 结 构 为 直 接 跃 迁 型 ， 有 较 高 的 发 光 效 率 。 其禁 带 中 浅 杂 质 电 离 能 小 。一 、 GaAs体 系 光 电 薄 膜 的 量

41、子 阱 、 超 晶 格 结 构1. GaAs材 料 的 特 性GaAs单 晶 的 制 备 主 要 有 ：GaAs的 合 成 ， As蒸 气 压的 控 制 。 图 为 水 平 舟 生长 法 。 （ 1） 半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 的 概 念能 够 对 电 子 的 运 动 产 生 某 种 约 束 并 使 其 能 量 量 子 化 的 势场 称 为 量 子 阱 。半 导 体 的 超 晶 格 结 构 与 多 量 子 阱 结 构 相 似 。 2.半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 材 料 （ 2） 半 导 体 超 晶 格 、量 子 阱 的 能 带 结 构 特点量 子 阱 和 超 晶 格

42、能 带结 构 ， 特 别 是 能 带 在异 质 结 处 的 形 状 ， 对其 量 子 效 应 起 着 决 定性 的 作 用 ， 而 能 带 结构 又 取 决 组 成 材 料 的物 理 化 学 性 能 以 及 界面 附 近 的 晶 体 结 构 。 2. 半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 材 料 （ 3） 半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 的 分 类 按 组 成 材 料 的 晶 格 匹 配 程 度 可 分 为 ： 晶 格 匹 配 量 子 阱与 超 晶 格 和 应 变 量 子 阱 与 超 晶 格 。 按 组 成 材 料 的 成 分 来 分 ： 固 定 组 分 量 子 阱 与 超 晶 格

43、、组 分 比 渐 变 超 晶 格 与 量 子 阱 和 调 制 掺 杂 的 量 子 阱 与 超晶 格 。 一 维 、 二 维 、 三 维 量 子 阱 与 超 晶 格 。（ 4） 半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 的 一 般 应 用 超 高 速 、 超 高 频 微 电 子 器 件 和 单 片 集 成 电 路 ； 高 电 子 迁 移 率 晶 格 管 （ HEMT） ， 异 质 结 双 极 晶 体 管（ HBT） ， 量 子 阱 激 光 器 、 光 双 稳 态 器 件 （ SEED） 。2. 半 导 体 超 晶 格 、 量 子 阱 材 料 （ 1） I类 红 外超 晶 格 材 料利 用 量 子

44、遂 穿效 应 ， 形 成 垂直 于 层 面 的 电流 超 晶 格材 料 。AlGaAs/GaAs3.超 晶 格 量 子 阱 红 外 探 测 器 材 料 vcggg EEAEBEE )()( （ 1） I类 红 外 超 晶 格 材 料量 子 红 外 探 测 器 （ QWIP） 是 利 用 较 宽 带 材 料 制 作 的 ， 并且 采 用 了 量 子 阱 结 构 。3.超 晶 格 量 子 阱 红 外 探 测 器 材 料 （ 1） II类 应 变 红 外 超 晶 格 材 料由 于 InAsSb和 InSb之 间 的 晶 格 常 数 相 关 较 大 ， 因 些 属 于应 变 超 晶 格 结 构 。3.

45、 超 晶 格 量 子 阱 红 外 探 测 器 材 料InAsSb/InSb vcg EEE （ 2） II类 应 变 红 外 超 晶 格材 料 :用 MBE或 MOCVD工 艺 在衬 底 上 生 长 缓 冲 层 。 这 种材 料 应 用 如 下 特 点 ：键 强 度 好 ， 结 构 稳 定 ；均 匀 性 好 ；波 长 易 控 制 ；有 效 质 量 大 ；隧 道 电 流 小 ；3.超 晶 格 量 子 阱 红 外 探 测 器 材 料 （ 3） III类 红 外 超 晶 格 材 料以 Hg 为 基 础 的 超 晶 格 材 料 。 交 替 生 长 HgTe和 CdTe薄 层 。特 点 如 下 ：3.超

46、 晶 格 量 子 阱 红 外 探 测 器 材 料禁 带 宽 度 和 响 应截 止 波 长 由 HgTe层 厚 度 控 制 ；有 效 质 量 比 较 大 ；p型 HgTe-CdTe超 晶 格 有 极 高 的迁 移 率 。 InSb是 一 种 直 接 跃 迁 型 窄 带 宽 化 合 物 半 导 体 ， 具 有 电子 迁 移 率 高 和 电 子 有 效 质 量 小 的 特 点 。 它 适 于 制 备 光 伏 型 、 光 导 型 和 光 磁 电 型 三 种 工 作 方 式的 探 测 器 ， 各 自 有 不 同 的 特 点 优 势 。 提 纯 工 艺 和 单 晶 制 备 工 艺 的 发 展 ， 到 上

47、个 世 纪 中 期 ，用 优 质 InSb单 晶 制 备 单 元 光 电 探 测 器 已 达 到 背 景 限 。 红 外 光 电 技 术 的 发 展 使 其 经 历 了 从 单 元 向 多 元 、 从 多元 线 列 向 IRFPA发 展 的 过 程 。 InSb薄 膜 有 同 质 外 延 与 异 质 外 延 之 分 ， 前 者 已 经 有 人用 磁 控 溅 射 法 和 MBE法 进 行 了 生 长 。二 、 InSb光 电 材 料 特 性 GaN基 III-V族 氮 化 物 宽 带 隙 半 导 体 通 常 是 GaN、 AlN和 InN等 材 料 。 禁 带 宽 度 一 般 在 2eV以 上

48、。 其 结 构 上 具 有 多 型 性 ， 上 面 三 种 通 常 都 表 现 为 纤 锌矿 2H型 结 构 ， 也 可 以 形 成 亚 稳 态 的 3C结 构 。 氮 化 物材 料 的 外 延 生 长 主 要 是 基 于 金 属 有 机 物 气 相 外 延 和MBE方 法 。 GaN是 直 接 带 隙 材 料 ， 在 禁 带 宽 度 以 上 材 料 的 光 吸收 系 数 增 加 很 快 ， 因 此 表 面 效 应 影 响 较 大 ， 设 计 和制 造 时 要 注 意 。 III-V族 氮 化 物 用 于 紫 外 光 电 探 测 器 的 另 一 个 特 点 是 ：此 材 料 可 以 用 外 延

49、 生 长 方 法 形 成 三 元 合 金 体 系 ， 并改 变 三 族 元 素 的 组 分 比 例 。 三 、 GaN光 电 薄 膜 特 性 及 其 在 紫 外 探 测 中 的 应 用1. III-V族 氮 化 物 材 料 的 特 性 为 了 获 得 高 质 量 的 薄 膜 ， 需 要 有 一 种 理 想 的 衬 底 材料 ， 它 应 该 与 GaN有 着 完 美 的 晶 格 匹 配 和 热 匹 配 。SiC、 MgO和 ZnO等 是 与 氮 化 物 匹 配 性 较 好 的 材 料 。 蓝 宝 石 ， 具 有 六 角 对 称 性 ， 容 易 加 工 ， 虽 然 与 GaN之 间 的 晶 格 失

50、 配 较 大 ， 但 适 当 的 缓 冲 层 的 蓝 宝 石 衬底 可 以 有 效 地 改 善 薄 膜 质 量 。 缓 冲 层 有 GaN和 AlN两 种 ， 外 延 生 长 用 AlN作 为 缓冲 层 可 以 提 高 薄 膜 质 量 。 采 用 低 温 GaN缓 冲 层 生 长 GaN薄 膜 同 样 可 以 提 高 质量 。2. III-V族 氮 化 物 衬 底 材 料 的 选 择 对 于 半 导 体 材 料 而 言 ， Si材 料 及 相 关 工 艺 技 术 已 经极 其 成 熟 ， GaAs材 料 的 发 展 也 已 达 到 相 当 完 善 的 程度 。 由 于 这 些 材 料 的 禁

51、带 宽 度 不 够 ， 对 其 在 紫 外 波 段的 应 用 带 来 了 很 大 的 限 制 。 采 用 禁 较 宽 的 材 料 可 望 在 较 短 的 波 长 下 获 得 较 好 的响 应 ， 它 的 应 用 除 了 物 理 、 化 学 和 医 学 等 方 面 的 应 用外 ， 还 在 探 测 火 焰 、 紫 外 剂 量 检 测 、 高 密 度 光 储 存 系统 中 的 数 据 读 出 、 气 体 的 探 测 和 监 测 得 到 广 泛 应 用 。 它 的 优 点 ： 可 以 充 分 利 用 宽 禁 带 材 料 自 然 具 有 的 可见 光 盲 和 阳 光 盲 的 特 性 ， 提 高 器 件

52、 的 抗 干 扰 能 力 ； 利用 该 材 料 的 高 化 学 稳 定 性 和 耐 高 温 特 性 制 成 适 用 于 恶劣 环 境 的 紫 外 探 测 器 。3. GaN材 料 在 紫 外 光 电 探 测 器 上 的 应 用 5.6 IV-IV族 化 合 物 及 其 它 化 合 物 半 导 体 光 电 材 料SiGe/Si异 质 结 构 和 超 晶 格 是 近 年 来 兴 趣 的 新 型 半 导 体材 料 ， 它 具 有 许 多 独 特 的 物 理 性 质 和 重 要 的 应 用 价 值 ，并 且 与 Si的 微 电 子 工 艺 技 术 兼 容 ， 是 “ 第 二 代 Si材 料 ” 。（

53、1） 晶 格 常 数 一 、 锗 硅 合 金 （ SiGe） 异 质 结 和 超 晶 格 结 构1. SiGe异 质 结 构 材 料 基 本 性 质 xaxaaaa nma nma SiSiGeSiSiGeSiGe 227.0)(5431.0 5658.0 （ 2） 晶 格 失 配 率Ge与 Si的 晶 格 失 配 率 为 4.2%， Si1-xGex合 金 与 Si这 ； 之 间的 晶 格 失 配 率 为 ：（ 3） 应 变 与 应 变 能不 产 生 失 配 位 错 的 应 变 层 外 延 生 长 称 为 “ 共 度 生 长 ” 或“ 赝 晶 生 长 ” 。 厚 度 为 t 的 应 变 层

54、的 弹 性 能 量 为 ： （ 4） 应 变 层 临 界 厚 度 应 变 层 厚 度 应 有 一 个 临 界 值 。1. SiGe异 质 结 构 材 料 基 本 性 质 xa xaaa aaf Si SiGeSi SiSiGe 042.0)( ttEE e 2112 GeSi 材 料 的 载 流 子 迁 移 率 高 、 能 带 可 测 、 禁 带 宽度 易 于 通 过 改 变 组 分 加 以 精 确 调 节 ， 被 称 为 “ 第 二代 Si微 电 子 技 术 ” ， 它 们 在 MODFET、 HBT、MOSFET等 应 用 很 广 泛 。 Si和 GeSi存 在 能 隙 差 ， 可 以 提

55、 高 Si/GeSi异 质 结 的 高频 性 能 。 Si/GeSi异 质 结 的 禁 带 偏 移 只 限 于 价 带 ， 不 必 像 III-V族 材 料 那 样 为 了 消 除 导 带 偏 移 引 起 的 不 利 影 响 而不 得 采 取 界 面 组 分 等 特 殊 措 施 。 合 金 材 料 制 备 可 用 多 外 延 方 法 生 长 ： Si-MBE、CBE和 超 低 压 CVD（ UHV/CVD） 三 种 ， 其 中 最 后一 种 有 较 大 优 势 。2. SiGe/Si异 质 结 构 和 超 晶 格 材 料 的 特 性 和 制 备 用 MBE生 长 工 艺 在 p型 Si(100

56、)衬 底 上 生 长 GexSi1-x层 ， 然后 进 行 高 浓 度 掺 杂 ， 使 能 带 达 到 简 并 状 态 。3. GexSi1-x/Si异 质 结 构 内 光 电 子 发 射 长 波 红 外 探 测 器 材 料 PtSi是 20世 纪 80年 代 初 发 展 起 来 的 1-5微 米 波 段 红 外 探 测器 材 料 。 二 、 硅 基 硅 化 铂 异 质 薄 膜 二 元 金 属 硅 化物 系 的 相 图 中常 有 多 个 平 衡相 。 金 属 -Si体系 的 相 图 中 ，一 般 会 出 现 3种 以 上 的 硅 化物 ， PtSi最 早研 究 成 功 的 。 1.金 属 硅

57、化 物 形 成 机 理 针 对 金 属 硅 化 物 的 形 成 机 理 已 有 多 种 模 型 提 出 。 填隙 模 型 认 为 金 属 原 子 可 以 通 过 填 隙 形 式 扩 散 到 硅 中 ，使 硅 的 最 近 原 子 数 增 加 ， 这 种 增 加 所 引 起 的 电 荷 交换 减 弱 了 硅 共 价 键 ， 使 其 向 金 属 键 转 化 。 1.金 属 硅 化 物 形 成 机 理 uPt 是 过 渡 金 属 ， Pt原 子 通 过 d-s杂 化 构 成 晶 体 ， Si 是 通 过 s-p杂 化 构 成 晶 体 的 。uPtSi的 动 力 学 表 明 ， 在 低 于 300摄 氏

58、 度 时 ， Pt2Si相形 成 ， 高 于 300摄 氏 度 时 ， PtSi相 生 长 。u若 PtSi厚 度 为 d， 则 其 与 扩 散 系 数 D、 退 火 时 间 t之间 的 关 系 为 ：u在 一 级 相 变 中 组 分 变 化 是 不 连 续 的 ， 即 新 相 的 形成 必 须 通 过 成 核 才 能 发 生 。 不 同 相 的 成 核 势 垒 不 同 。动 力 学 认 为 成 核 势 垒 同 激 活 能 给 出 。2.PtSi的 生 长 动 力 学2/1 02/1 )(2 ttDd u对 PtSi形 成 和 生 长 影 响 最 大 的 因 素 是 退 火 温 度 和 衬底

59、温 度 。uPtSi薄 膜 的 热 稳 定 性 及 必 性 能 与 膜 厚 之 间 也 存 在 一一 定 关 系 。u人 们 发 现 晶 向 、 晶 粒 大 小 、 电 阻 、 光 谱 反 射 及 热稳 定 性 强 烈 依 赖 于 膜 厚 ， 薄 膜 性 能 变 坏 的 温 度 随 膜厚 度 增 加 而 增 加 。u硅 基 超 薄 膜 的 质 量 是 影 响 器 件 性 能 的 关 键 因 素 之一 ， 而 Pt金 属 膜 的 沉 积 和 退 火 工 艺 对 固 相 反 应 PtSi薄膜 的 质 量 有 显 著 影 响 。 u研 究 单 一 温 度 退 火 、 三 步 扩 散 炉 退 火 和

60、快 速 热 退火 等 方 法 。 3.Pt/Si退 火 工 艺 PtSi具 有 正 交 结 构 （ MnP型 ） ， 每个 单 胞 内 含 4个 Pt原 子 和 4个 Si原 子 ，晶 格 常 数 a=0.593nm， b=0.360nm，c=0.560nm.界 面 模 型 如 下 ：4. PtSi/Si界 面 研 究 HgCdTe II-VI族 固 溶 体 为 代 表 的 是 第 四 代 半 导 体 材 料 ，它 的 工 作 频 率 已 经 推 广 到 红 外 波 段 以 外 。(Hg1-xCdxTe， MCT） 是 一 种 窄 带 宽 的 三 元 化 合 物 半 导 体 ，具 有 如 下

61、特 点 ：（ 1） 禁 带 宽 度 Eg是 组 分 x和 温 度 T的 函 数 ；三 、 HgCdTe红 外 探 测 器 材 料 1.材 料 的 特 点 （ 2） 是 一 种 本 征 半 导 体 材 料 ， 其 光 吸 收 系 数 比 非 本 征 半导 体 材 料 大 得 多 ；（ 3） 热 激 发 速 率 小 ；（ 4） 有 较 小 的 电 子 有 效 质 量 、 很 高 的 电 子 迁 移 率 、 较 低的 本 征 载 流 子 浓 度 和 较 小 的 介 电 常 数 ；（ 5） 热 膨 胀 系 数 与 硅 接 近 。这 种 材 料 的 应 用 十 分 广 泛 ， 人 们 已 研 制 出 了

62、 光 导 型 与 光伏 型 探 测 器 。1. Hg1-xCdxTe材 料 的 特 点 40多 年 来 ， MCT晶 体 一 直 是 最 受 重 视 的 红 外 探 测 器 材 料 。其 薄 膜 材 料 制 备 采 用 了 MBE和 MOCVD技 术 。 HgCdTe单 晶 的 制 备 是 比 较 困 难 的 ：2.Hg1-xCdxTe材 料 的 制 备（ 1） HgTe-CdTe赝 二 元 系 的 相 图中 液 相 线 与 固 相 线 之 间 有 显 著 的差 别 ；（ 2） 熔 体 化 学 计 量 配 比 的 偏 离 容易 引 起 Te组 元 过 剩 ；（ 3） 汞 蒸 气 压 工 艺 控

63、 制 困 难 ；（ 4） 晶 体 中 Hg-Te的 键 合 力 弱 ；（ 5） 晶 体 的 径 向 组 分 均 匀 性 明 显依 赖 于 固 液 界 面 的 形 状 。 （ 1） HgCdTe异 质 结 材 料（ 2） HgCdTe双 色 与 多 色 红 外 探 测 器 材 料（ 3） 以 硅 为 衬 底 的 HgCdTe薄 膜 材 料3. HgCdTe红 外 焦 平 面 探 测 器 薄 膜 材 料 （ 1） CdTe晶 体 材 料主 要 的 晶 体 生 长 工 艺 有 ： 布 里 奇 曼 法 、 高 压 釜 布 里 奇 曼工 艺 和 改 进 的 控 制 蒸 发 技 术 。（ 2） CZT晶

64、体 材 料用 CZT材 料 作 衬 底 外 延 MCT薄 膜 的 优 点 是 ： “ 零 失 配 ” ，利 于 优 质 薄 膜 的 生 长 ； 它 位 错 密 度 比 CdTe晶 体 低 一 个 数量 级 ； 衬 底 制 备 工 艺 要 容 易 。（ 3） CdTe和 CZT薄 膜 材 料随 着 MCT FPA技 术 的 发 展 ， 对 MCT薄 膜 材 料 提 出 了 大面 积 、 组 分 均 匀 的 要 求 ， 而 作 为 衬 底 的 材 料 ， 获 得 大 面积 单 晶 衬 底 相 当 困 难 。 因 此 ， 人 们 利 用 先 进 的 MBE技 术 ，在 大 直 径 的 CdTe、 C

65、ZT基 片 上 ， 生 长 了 薄 膜 材 料 。4. HgCdTe薄 膜 外 延 衬 底 材 料 5.7 非 制 冷 型 红 外 探 测 器 材 料 由 单 晶 小 薄 片 的 热 电 晶 体 所 制 成 。 具 有 自 发 极 化 特性 ， 它 在 自 然 条 件 下 ， 内 部 某 些 分 子 的 正 负 电 荷 重 心 不重 合 ， 形 成 一 个 固 有 偶 极 矩 ， 在 垂 直 于 极 轴 的 两 个 端 面上 出 现 大 小 相 等 、 符 号 相 反 的 面 束 缚 电 荷 。 当 温 度 变 化 时 ， 晶 体 中 离 子 间 的 距 离 和 键 角 发 生 变化 ， 从

66、而 使 偶 极 矩 极 化 强 度 及 面 束 缚 电 荷 发 生 变 化 ， 结果 造 成 过 剩 电 荷 ， 在 垂 直 极 轴 的 两 个 端 面 出 现 微 小 电 压 ，当 用 导 线 连 接 时 就 会 产 生 热 电 流 。 一 、 热 释 电 红 外 探 测 器 材 料1.热 释 电 红 外 探 测 器 的 工 作 原 理 （ 1） 响 应 率 RV 定 义 ： 2.性 能 参 数 分 析 )1)(1( 22220 TnSV G ARPVR 可 见 ， 当 入 射辐 射 的 调 制 频率 为 零 时 ， 响应 率 也 为 零 ，这 说 明 热 释 电探 测 器 是 一 种交 流 器 件 。 （ 2） 噪 声 、 噪 声 等 效 功 率 和 探 测 率 噪 声 主 要 包 括 温 度 噪 声 、 热 噪 声 和 放 大 器 噪 声 。 探 测 率 为 ： 2.性 能 参 数 分 析 2/12/1 2/15)( )4( )16( fCIV CR fkTV fkTARV nninT Vht CR fAD V 2/1* )( 非 制 冷 型 VO2热 敏 电 阻 焦 平 面 探