光电探测器的主要应用
光导探测器
利用半导体材料的光电导效应制成的光检测器。所谓光电导效应，是指被照射物质的电导率因辐射而发生变化的一种物理现象。光导探测器在军事和国民经济中有着广泛的应用。在可见光或近红外波段，主要用于射线测量和检测、工业自动控制、光度测量等。在红外波段，主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等。光电导体的另一个应用是用作摄像管的靶面。为了避免光生载流子扩散造成的图像模糊，高电阻多晶材料，如PbS-PbO和Sb2S3，用于连续薄膜靶。其他材料可以采用嵌入靶面的方法，整个靶面由大约65438+万个单个探测器组成。
1873年，英国的W. Smith发现了硒的光电导效应，但这一效应长期处于探索和研究阶段，并未在实践中得到应用。第二次世界大战后，随着半导体的发展，各种新型光导材料不断出现。在可见光波段，到50年代中期，性能良好的硫化镉和硒化镉光敏电阻和红外波段的硫化铅光电探测器已经投入使用。20世纪60年代初，研制成功了中远红外波段灵敏的掺锗掺硅光电导探测器。典型的例子是工作在3 ~ 5微米和8 ~ 14微米的Ge:Au(掺锗金)和Ge:Hg光电导探测器。自20世纪60年代末以来，在HgCdTe、PbSnTe等变带隙三元材料方面取得了研究进展。
工作原理及特点光导效应是一种内部光电效应。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子可以将价带中的电子激发到导带中，从而产生导电的电子-空穴对，这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数，v是光子频率，Eg是材料的带隙宽度(以电子伏特为单位)。因此，本征光电导体的响应长波极限λc为
λc=hc/Eg=1.24/Eg(微米)
其中c是光速。本征光电导材料的长波长极限受到带隙宽度的限制。60年代初以前，窄带隙的半导体材料还没有开发出来，所以人们使用非本征光导效应。锗、硅等材料的禁带中存在着深浅不一的杂质能级。只要照射的光子能量等于或大于杂质能级的电离能，就可以产生光生自由电子或自由空穴。非本征光电导体的响应长波长极限λ通过以下公式获得
λc=1.24/Ei
其中Ei代表杂质能级的电离能。到60年代中后期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元半导体材料研制成功并投入实用。它们的带隙随组分x的取值而变化，如x = 0.2的HG0.8Cd0.2Te材料可制成响应波长为8 ~ 14微米大气窗口的红外探测器。与工作在同一波段的Ge: Hg探测器相比，具有以下优点:①工作温度高(高于77K)，使用方便，而Ge:Hg的工作温度为38K。②本征吸收系数大，样本量小。(3)易于制造多个部件。表1和表2分别列出了一些半导体材料的Eg、Ei和λc值。
一般任何带隙或杂质电离能合适的半导体材料都具有光电效应。但制造实用器件要考虑性能、技术、价格等因素。常用的光电导探测器材料有:CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等。在辐射和可见光波段；在近红外波段:PbS，PbSe，InSb，Hg0.75Cd0.25Te等。在大于8微米的波段，有:Hg1-xCdxTe，PbxSn1-x，Te，Si掺杂，Ge掺杂等。CdS、CdSe、PbS等材料可以制成多晶薄膜形式的光电导探测器。
可见光波段光电导探测器CdS、CdSe、CdTe的响应波段都在可见光或近红外区，通常称为光敏电阻。它们具有很宽的带隙(远大于1 eV)，可以在室温下工作，因此器件结构相对简单。一般采用半密封的胶木外壳，前面有透光窗口，后面引出两个引脚作为电极。高温高湿环境下使用的光导探测器可采用金属全密封结构，玻璃窗与可伐金属外壳熔合。
器件的灵敏度用一定偏压下每流明辐照产生的光电流来表示。比如偏置电压为70伏时，暗电流为10-6 ~ 10-8 A，照明灵敏度为3 ~ 10a/流明。CdSe光敏电阻通常比CdS更敏感。光敏电阻的另一个重要参数是时间常数τ，它表示器件对光的反应速度。突然撤除光照后，光电流下降到最大值1/e(约37%)所需的时间就是时间常数τ。有的在光电流下降到最大值的10%时计算τ；各种光敏电阻的时间常数差别很大。CdS的时间常数比较大(毫秒量级)。
红外光导探测器PbS和Hg1-xCdxTe的共同响应波段在三个大气透过窗口:1 ~ 3微米、3 ~ 5微米和8 ~ 14微米。由于它们的带隙较窄，热激发足以在室温下使导带中产生大量自由载流子，大大降低了对辐射的敏感性。对光的响应波长越长，导电体越明显，1 ~ 3微米波段的探测器可以在室温下工作(灵敏度略有下降)。3 ~ 5微米波段有三种探测器:①工作在室温，但灵敏度大大降低，探测度一般只有1 ~ 7×108cm W-1hz；②工作在热电制冷温度(约-60℃)，探测度约为109cm W-1hz；③工作在③77K或更低温度，探测度可达1010 cm W-1 Hz以上。8 ~ 14微米波段的探测器必须在低温下工作，所以光电导体要保存在真空杜瓦瓶中，冷却方式有充液氮和使用微型制冷机两种。
红外探测器的时间常数比光敏电阻的时间常数小得多。一般PbS探测器的时间常数为50 ~ 500微秒，HgCdTe探测器的时间常数在10-6 ~ 10-8秒量级。红外探测器有时会探测到非常微弱的辐射信号，比如10-14瓦；输出的电信号也很小，所以要有专门的前置放大器。