球閥

[拼音]：guangdiandao tanceqi

[英文]：photoconductive detector

利用半導體材料的光電導效應制成的一種光探測器件。所謂光電導效應，是指由輻射引起被照射材料電導率改變的一種物理現象。光電導探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用於射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用於導彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。光電導體的另一應用是用它做攝像管靶面。為了避免光生載流子擴散引起影象模糊，連續薄膜靶面都用高阻多晶材料，如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可採取鑲嵌靶面的方法，整個靶面由約10萬個單獨探測器組成。

1873年，英國W.史密斯發現硒的光電導效應，但是這種效應長期處於探索研究階段，未獲實際應用。第二次世界大戰以後，隨著半導體的發展，各種新的光電導材料不斷出現。在可見光波段方面，到50年代中期，效能良好的硫化鎘、硒化鎘光敏電阻和紅外波段的硫化鉛光電探測器都已投入使用。60年代初，中遠紅外波段靈敏的Ge、Si摻雜光電導探測器研製成功，典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au（鍺摻金）和Ge:Hg光電導探測器。60年代末以後，HgCdTe、PbSnTe等可變禁頻寬度的三元系材料的研究取得進展。

工作原理和特性

光電導效應是內光電效應的一種。當照射的光子能量hv等於或大於半導體的禁頻寬度Eg時，光子能夠將價帶中的電子激發到導帶，從而產生導電的電子、空穴對，這就是本徵光電導效應。這裡h是普朗克常數，v是光子頻率，Eg是材料的禁頻寬度（單位為電子伏）。因此，本徵光電導體的響應長波限λc為λ

=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中 c為光速。本徵光電導材料的長波限受禁頻寬度的限制。在60年代初以前還沒有研製出適用的窄禁頻寬度的半導體材料，因而人們利用非本徵光電導效應。Ge、Si等材料的禁帶中存在各種深度的雜質能級，照射的光子能量只要等於或大於雜質能級的離化能，就能夠產生光生自由電子或自由空穴。非本徵光電導體的響應長波限λ

由下式求得λ

＝1.24/Ei式中Ei代表雜質能級的離化能。到60年代中後期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元系半導體材料研製成功，並進入實用階段。它們的禁頻寬度隨組分x值而改變，例如x＝0.2的HG0.8Cd0.2Te材料，可以製成響應波長為 8～14微米大氣視窗的紅外探測器。它與工作在同樣波段的Ge：Hg探測器相比有如下優點：

（1）工作溫度高（高於77K），使用方便，而Ge:Hg工作溫度為38K。

（2）本徵吸收係數大，樣品尺寸小。

（3）易於製造多元器件。表1和表2分別列出部分半導體材料的Eg、Ei和λ

值。

通常，凡禁頻寬度或雜質離化能合適的半導體材料都具有光電效應。但是製造實用性器件還要考慮效能、工藝、價格等因素。常用的光電導探測器材料在射線和可見光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近紅外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在長於8微米波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si摻雜、Ge摻雜等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式製成光電導探測器。

可見光波段的光電導探測器

CdS、CdSe、CdTe 的響應波段都在可見光或近紅外區域，通常稱為光敏電阻。它們具有很寬的禁頻寬度（遠大於1電子伏），可以在室溫下工作，因此器件結構比較簡單，一般採用半密封式的膠木外殼，前面加一透光視窗，後面引出兩根管腳作為電極。高溫、高溼環境應用的光電導探測器可採用金屬全密封型結構，玻璃視窗與可伐金屬外殼熔封。

器件靈敏度用一定偏壓下每流明輻照所產生的光電流的大小來表示。例如一種CdS光敏電阻，當偏壓為70伏時，暗電流為10-6～10-8安，光照靈敏度為3～10安/流明。CdSe光敏電阻的靈敏度一般比 CdS高。光敏電阻另一個重要引數是時間常數 τ，它表示器件對光照反應速度的大小。光照突然去除以後，光電流下降到最大值的 1/e（約為37％）所需的時間為時間常數 τ。也有按光電流下降到最大值的10％計算τ的;各種光敏電阻的時間常數差別很大。CdS的時間常數比較大（毫秒量級）。

紅外波段的光電導探測器

PbS、Hg1-xCdxTe 的常用響應波段在 1～3微米、3～5微米、8～14微米三個大氣透過視窗。由於它們的禁頻寬度很窄，因此在室溫下，熱激發足以使導帶中有大量的自由載流子，這就大大降低了對輻射的靈敏度。響應波長越長的光，電導體這種情況越顯著，其中1～3微米波段的探測器可以在室溫工作（靈敏度略有下降）。3～5微米波段的探測器分三種情況：

（1）在室溫下工作，但靈敏度大大下降，探測度一般只有1～7×108釐米·瓦-1·赫