紅外光子探測器

分類及工作原理

按光—電信號轉換的不同原理，光子探測器分為光電導型、光伏型和光磁電型等，如圖1-1所示。

光電導型

受紅外線激發，探測器晶片傳導電子增加，因而電導率增加，在外加偏壓下，引起電流增加，增加的電流大小與光子數成比例。光電導探測器俗稱光敏電阻。光電導又分本徵型激發和非本徵型（雜質型）激發兩種。本徵型是指紅外光子把電子從價帶激發至導帶，產生電子—空穴對，即導帶中增加電子，價帶中產生空穴。雜質型是指紅外光子把雜誌能級的束縛電子（或空穴）激發至導帶（或價帶），使導帶中增加電子（或價帶中增加空穴）。套用最多的本徵型光電導探測器有硫化鉛、硒化鉛、銻化銦、碲鎘汞等；雜質型光電導探測器主要有鍺摻汞、矽摻鎵等。

光伏型

在半導體材料中，使導電類型不同的兩種材料相接觸，製備成PN結，形成勢壘區。紅外線激發的電子和空穴在PN結勢壘區被分開，積累在勢壘區兩邊，形成光生電動勢。連線外電路，就會有電信號輸出。光伏探測器也稱光電二極體。光伏紅外探測器主要有銻化銦、碲鎘汞、碲錫鉛等。還有一種稱為肖特基勢壘型探測器，它是由某些金屬與半導體接觸，形成一種勢壘稱為肖特基勢壘，與PN結勢壘相似，紅外線激發的載流子通過內光電發射產生電信號，實現光電探測。常用肖特基勢壘探測器有矽化鉑、矽化銥等。

光磁電型

由紅外線激發的電子和空穴，在材料內部擴散運動過程中，受到外加磁場的作用，就會使正、負電荷分開，分別偏向相反的一側，電荷在材料側面積累。若連線外電路，就會有電信號產生。光磁電型探測器主要有銻化銦、碲鎘汞等。由於光磁電型探測器要在探測器晶片上加磁場，結構比較複雜，所以它現在很少使用。

主要特點

光子探測器的特點是：光譜回響有選擇性，只對短於某一特定波長的紅外輻射有回響，這一特定波長稱為截止波長（指在長波端）；回響速度快，比熱探測器要高几個數量級，一般光電導探測器回響時間在微秒級，光伏探測器的回響時間在納秒級或更快，這對於軍用探測快速運動目標是非常重要的；探測靈敏度高，與熱探測器相比，大約高出兩個數量級；探測器靈敏度與工作溫度有關，工作溫度降低，探測器靈敏度就能提高，有的光子探測器只能在低溫工作，需要製冷條件。光子探測器大都是由化合物半導體材料製成，材料生長難度大，器件製造技術要求高，所以價格也比較貴，目前主要在軍事上用於高性能、遠距離、快速目標的探測。但隨著技術進步，工藝水平提高，價格降低，它們在民用中也占有一定市場，並具有廣闊發展前景。