本科毕业设计（论文）开题报告
学生姓名 课题名称 一、光电探测器的原理，分类，性能等。 1、工作原理 基于光电效应，热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高，从而改变了它的电学性能，它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长无选择性。光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，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是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。因此，本征光电导体的响应长波限λc为 λc=hc/Eg=1.24/Eg (μm) 式中 c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的。 2.性能 在动态特性（即频率响应与时间响应）方面，以光电倍增管和光电二极管（尤其是PIN管与雪崩管）为最好；在光电特性（即线性）方面，以光电倍增管、光电二极管和光电池为最好；在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩光电二极管、光敏电阻和光电三极管为最好。值得指出的是，灵敏度高不一定就是输出电流大，而输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管；外加偏置电压最低的是光电二极管、光电三极管，光电池不需外加偏置；在暗电流方面，光电倍增管和光电二极管最小，光电池不加偏置时无暗电流，加反向偏置后暗电流也比光电倍增管和光电二极管大；长期工作的稳定性方面，以光电二极管、光电池为最好，其次是光电倍增管与光电三极管；在光谱响应方面，以光电倍增管和CdSe光敏电阻为最宽，但光电倍增管响应偏紫外方向，而光敏电阻响应偏红外方向。 3.应用范围 光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料，如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。 4.红外探测领域 红外线探测器任何物体因表面热度的不同，都会辐射出强弱不等的红外线。因物体的不同，其所辐 红外线探测器 射之红外线波长亦有差异。红外探测主要用来探测人体和其它一些入侵的移动物体， 当人体进入探测区域，稳定不变的热辐射破坏，产生一个变化的热辐射，红外传感器接收后放大、处理，发出报警信号。红外探测仪中 , 半导体红外探测技术相对较为成熟 , 逐步由传统半导体材料向半导体异质结 、半导摘要体超晶格、半导体量子阱和半导体量子点等材料发展 ; 人们发现超导的特性之后 , 设法研究超导红外探测仪 , 近些年又发展了超巨磁阻红外探测仪 。技术的发展使材料 的灵敏度 、工作温度和探测率也在不断的向高层次发展 , 并不断的发现新的材料 。在规模上 , 红外探测仪将会不断的向大规模焦平面方向发展 ( 即热成像仪) ; 探测波长方面 , 要由单色向双色和多色发
专业（班级） 光电探测器的研究
展 ; 随技术的发展 , 红 外探测仪应用也将大大的拓展 。随着上世纪 50 年代半导 体技术的发展 , 人们开始利用半导体材料对光电的 敏感性制成红外探测仪 。又由于红外光谱中的 3两个波段的光可以穿透大气层 , 工作在此温度的红外探测仪可以不受天气影响 。 衡量红外探测仪性的主要参数有探测率 D 3 、 响应率 R 、响应时间τ和噪声等效功率等 。任何探 测器都有一个由其本身噪声决定的可探测功率阈 值 , 此阈值的最小可探测功率即为噪声等效功率 , 当辐射功率低于该阈值时 , 信号就被淹没于噪声 中 。为了迎合人们常认为参数越大越好的习惯 , 于 是取噪声等效功率的倒数 。探测率受辐射波长 、工 作温度 、调制频率等影响 。响应率又被称为灵敏 度 , 是说明单位入射辐射功率产生信号大小能力的 性能指标 。响应率与入射辐射光谱 、调制频率 、探 测器偏置及工作温度有关 , 因此响应率越大 , 噪声 越低的探测器 , 能探测出的辐射功率越弱 。响应时 间也被称为探测器的时间常数 , 是探测器将入射辐 射转变为电信号的驰豫时间 , 因而是探测器响应速 36 根据半导体知识 , 价带中的电子吸收光子能量 后 , 越过禁带进入导带 , 才会产生导电作用 。这就 决定了半导体红外探测仪响应辐射的临界波长λ : c λ = 1124/ Eg ( m) μ c 其中 Eg 为禁带宽度 ( 电子伏特) 。半导体材料 的禁带宽度决定了它所制成的探测器的响应波长范 围 。因此大多数的半导体红外探测仪对光的吸收是有选择性的 ; 为了达到最佳工作性能 , 这类红外探 测仪常工作于低温 , 因此需要制冷 。 5. 红外探测材料的发展状况及未来发展 自1978年RCA 公司制作了第一个 PtSi红外探测器起 , 发展迅速 。PtSi 红外焦平面探测器广 泛应用于军事 、航天及商业 。但 PtSi 量子效率低 , 只有百分之几 , 远低于碲镉汞 、InSb 系列的 50 % ～70 %[1 ] 。尽管有如三菱公司 、休斯公司和富士通等公司通过提高占空因子 、制作大面阵元件等工艺来提高其量子效率和灵敏度 , 但在量子效率方面仍无法与碲镉汞相比 。随着技术的进步 , 一些新的工艺也不断出现 , 尽管还是传统的半导体材料 , 经过搀杂等工艺 , 材 料会表现出新的性质 。高温超导发现以后 , Leia R1Val 和 R1 H1Ono 研制了 Y BCO 超导薄膜的热电子微红外探测仪 , 它 主要是用生长于 Si 衬底上外延超导薄膜 ( 厚几十 纳米 、宽几个微米 ) , 含钇氧化锆 ( YSZ) 为缓冲 层 , 工作温度为 80 K , 大大提高了以往热电子红 外探测仪的工作温度 。从某种意义上说 , 探测仪的发展也是热成像技术的发展 。探测材料探测波段从单色发展到多色 , 热成像 器件探测的结果则是由黑白照片到彩色照片 。这从 某一角度上要求探测元尺寸小型化 , 可以在一定尺 寸上实现高密度的焦平面阵列 , 提高成像的清晰度 , 同时 , 器件的小型化 , 也便于携带 。双色和多色工作的红外焦平面阵列传感器是 2020年前发展的重要课题 。探测器材料的工作温度逐步向室温转移 。如果能够研制成功室温红外探测仪 , 不仅降低昂贵的制冷费用 , 而且还简化了器件制作的工艺 , 使用起来也便于携带 。多少年来 , 从工作温度不到100 K传统的光子型半导体红外探测器到200 K左右的半导体超晶格量子点探测器 , 又发展到工作温度较高的半导体热探测器 , 目前又出现工作温度近室温或室温的超巨磁电阻热探测器 , 人们一直致力于提高探测器的工作温度 。从液氦制冷到液氮 , 到半导冷 , 最终人们会将研制出室温红外探测仪 。天文物理 , 卫星资源探测和太空探测需要高灵敏度的探测器 。目前许多空间探测器上已经安装了先进的红外传感器 , 并已发回了大量有关我们太阳系遥远行星和月球的照片 , 如几年前获得的有关哈雷慧星撞击木星的红外天文照片。随着技术的发展 , 红外探测仪工作温度的提高导致制作成本降低 , 其应用也将大大拓展 。随探测仪工作温 度提高 , 成本降低 , 以后的应用应趋向于民事 、科研等方面 。总之 , 工作温度的提升 , 降低生产成本 , 会使红外探测仪应用有很好的发展前景 6.探测器遇到的问题 探测器主要问题就是噪声问题。噪声主要分为:有形噪声和无规噪声。前者一般可以预知，因而总可以设法减少和消除。后者来自物理系统内部，表现为一种无规则起伏。上述现象并不是探测器不好
所致。 它是探测器所固有的不可避免的现象。也就是说，任何一个探测器，都一定有噪声。在它输出端总存在着一些毫无规律，事先无法预知的电压起伏。这种无规起伏，在统计学中称为随机起伏在统计学中称为随机起伏，它是微观世界 服从统计规律的反映。从这个意义上说，实现微弱光信号的探测， 如何提取信号的问题，这是当今信息探测理论研究的中心课题之一。光电探测器的噪声源依据噪声产生的物理原因，依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、产生—复合噪声、热噪声和低频噪声。散粒噪声复合噪声是光电转换物理过程中固有的，是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消除 的输出信号的起伏，是与器件密切相关的一个参量。因为在光电转换过程中，因为在光电转换过程中，半导体中的电子从价带跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列事件，每一瞬间出现多少载流子是不确定的，是一种随机的过程。所以随机的起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时 光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。 二、完成任务的研究思路和方案 1.研究思路 借助于在图书馆中对相关书籍的阅读，网上相关资料的搜索及同同学老师的交流等各种途径收集的大量资料中对该论题的研究和论述参考和推敲。 2.研究依据，主要研究内容及预期目标： 依据：探测器的原理 主要研究内容：红外探测器 预期目标：对红外探测器了解深刻。 3.研究重点： 研究重点：工作原理 3.研究步骤: 首先通过网络资源和图书馆的资料收集所写论题的相关文献,了解国内外对该论题的研究状态和研究成果;然后综合已有资料的基础上,并交由指导老师审阅,根据其指导意见进行反复修改;交第二稿、审阅、最后定稿。 4.研究方法： a. 通过图书馆以及因特网收集相关资料 b.借鉴学习相关论文； c.指导老师的指导； d.同学之间的交流与帮助。 三、需要的主要仪器和设备等 1.大量查阅学校图书馆的书籍 2.阅读学院资料室的资料 3.参考历届论文
4.网上查阅资料（电脑、U盘） 5.指导老师的细心教导与帮助 6.同学的建议与帮助 四、指导教师评语（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） ××××××××（5号仿宋体，单行距,A4纸双面打印）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。 可自行加页 指导教师签名： 年 月
