台面PN结InSb红外探测器响应时间研究
台面PN结InSb红外探测器响应时间研究
马启;邓功荣;苏玉辉;余连杰;信思树;龚晓霞;陈爱萍;赵鹏
【摘要】The relationships of response time, quantum efficiency and dark current of InSb photovoltaic detector are calculated theoretically. The preconditions were set up, in which the InSb infrared detector response time varies from 20ps to 60ps when quantum efficiency changes from 0.56 to 0.61. The mesa p+-n structure is set for the detector as another condition. Through I-V,C-V curve test, the parameters of devices agree with designed values. The response time is 0.3?s with pulse response testing. There is inconsistency between theoretical values and experimental results,for limitations of bond pad capacitance and distributed capacitance.%分析了光伏InSb探测器响应时间与量子效率、反向饱和电流的关系,设计出量子效率为0.61～0.56、响应时间为20～60 ps的锑化铟(InSb)红外探测器,实验制备了台面p+-on-n结构的探测器.通过I-V、C-V测试验证了制备的器件物理参数与设计值吻合.采用脉冲响应测试了InSb探测器的响应时间(0.3?s),由于封装和其他分布电容的限制,响应时间测试值与理论计算值存在差距.【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2016(038)004
【总页数】5页(P305-309)
【关键词】红外探测器;锑化铟(InSb);响应时间;量子效率;台面PN结
【作者】马启;邓功荣;苏玉辉;余连杰;信思树;龚晓霞;陈爱萍;赵鹏
【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆
明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223
【正文语种】中文
【中图分类】TN216
光子型红外探测器是利用红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子，引起电学性能变化，属于内光电效应。由于内部电子直接吸收红外辐射，不需要加热物体的中间过程，因而光子探测器响应速度快[1-3]。InSb是Ⅲ-Ⅴ族二元化合物半导
体材料，是本征吸收的窄禁带半导体，因此，决定红外探测器优质因子的量子效率较高；具有很高的电子迁移率（比硅高2个数量级）[4-6]。理论上，InSb光伏探测器非常适合于中波红外的快速探测。
InSb光伏探测器，国际上普遍采用传统的单晶体材料制备。本文根据探测器响应
的机理，设计并制备了台面PN结快响应InSb光伏探测器。通过器件I-V、C-V
曲线和脉冲响应时间的测试，分析影响探测器响应时间的因素，并提出减小探测器响应时间的方法。
PN结光电探测器对辐射信号的响应主要由芯片的响应时间和前放电路的响应时间决定。其中芯片的响应时间包括：①电中性区光生载流子扩散到耗尽区所需的时间；
②光生载流子漂移通过耗尽区所需要的时间；③电时间常数RC，它与结电容及包括外电路阻抗在内的电阻有关。
假设光从p区入射，光生载流子在p区的扩散时间为[7]：
式中：Wp为p区厚度；Dn为电子扩散系数。
探测器的基区同样存在辐射信号的吸收，n区光生载流子的扩散时间为[7]：
式中：Lp为空穴扩散长度；tp为空穴寿命。
饱和速度为Vd的载流子通过宽度为W耗尽区的渡越时间tr为[8]：
式中：NA、ND为p区和n区的掺杂浓度；es为材料的相对介电常数；ni为本
征载流子浓度；N0＝NAND/(NA＋ND)为有效掺杂浓度。
结电容（CD）主要是耗尽区电容（Cj）和焊盘电容（Cox），有影响的电阻主要
是串联电阻（Rs）和外电路的负载电阻（RL），这时响应时间为[9]：
式中：e0是真空介电常数；Aj是结面积；ABP是焊盘面积。
PN结器件有台面和平面两种，本论文采用台面结构。为获得高性能、快响应的探测器，除了响应时间要短，还需要综合考虑量子效率和暗电流因素：
1）量子效率与响应时间的关系
PN结光电器件响应时间主要受扩散时间、漂移时间和RC时间常数的限制。器件
的量子效率受响应速度的限制，根据PN突变结光电二极管的量子效率[11]计算量子效率与响应时间的关系，计算结果如图1、图2、图3所示：
式中：b1＝SLe/De＝S/(Le/te)、b2＝SLp/Dp＝S/(Lp/tp)；Le为电子扩散长度；te为电子寿命。结合公式(1)、(2)并忽略表面反射，理论计算出量子效率与受扩散限制的响应时间关系。从图1、图2、图3中可以得到，PN结InSb能够满足快
响应和高量子效率红外探测器的要求。
公式(3)表明漂移时间正比于耗尽层的宽度，而RC时间常数与耗尽区宽度成反比。因此在RC时间常数和耗尽区量子效率有关的渡越时间之间存在着一种权衡，对材料的掺杂浓度必须进行优化。
2）反向电流为[10]：
式中：Dp为空穴的扩散系数；t为产生寿命。
器件反向饱和电流密度与ND成反比，所以基区掺杂浓度不能太低，此外PN器件的R0A的大小与少子寿命和n区掺杂浓度的乘积成正比。另外，需要将表面漏电
流降至最小，使得体内暗电流成为器件的主要暗电流成分。
3）InSb探测器结构设计及理论计算结果
通过响应时间和量子效率的理论计算可以明确，探测器在响应时间和量子效率之间必须折中；p区掺杂浓度对器件响应时间的影响很小，p区掺杂浓度NA＝
1×1016 cm－3时器件R0A最佳[12]。另外，还需要考虑衬底浓度对器件欧姆接触和串联电阻的影响。
表1是不同掺杂浓度和p区厚度时各部分的响应时间和器件总响应时间的设计及结果。计算器件响应时间选用的参数为，n区掺杂浓度ND＝1×1011～1×1015 cm－3、基底厚度约为500mm、p区掺杂浓度NA＝1×1016 cm－2、p区厚度0.1～3.2mm、采用截止波长的吸收系数3500cm－3、反射系数r＝0.3、负载电阻RL＝50W。
理论计算RC时间常数时未考虑Cox，实际中因r取值不同，量子效率的大小存在一定的差异，p区厚度设计也会有所不同。由表1中的数据得到：①当p区掺杂浓度NA＝1×1016 cm－3，厚度0.8mm时，制约InSb器件响应时间的主要因素是n区载流子扩散时间，为了提高器件的响应时间，通过增加p区的厚度使p 区量子效率增加、n区量子效率减小，使n区的光响应信号可忽略；②器件p区厚度为2.6～3.2mm时，器件响应时间减小、量子效率略小。
分析上述的研究结果，对器件结构参数进行优化，器件最终设计为台面PN结构，p区掺杂浓度NA＝1×1016 cm－3，厚度为2.6～3.2mm；n区掺杂浓度ND＝1×1013～1×1014 cm－3，厚度为500mm。所设计的探测器响应时间为20～60ps，反向电流密度与常规器件相比变化不大。
对器件延伸电极和金属引线的方式进行优化设计，以减小分布电容的影响，器件采用掺碲n型单晶InSb体材料，经表面处理后，Be离子注入掺杂形成p-n结并退火和去除损伤层。光敏面为p-on-n台面结构，通过光刻技术和湿法腐蚀工艺获得
不同的光敏面（直径f为200mm、1350mm和140mm×60mm）。采用PECVD制备SiO2钝化层和磁控溅射制备Cr/Au金属膜，抑制器件表面漏电和获得极小的串联电阻，保证器件性能的稳定性，器件结构如图4所示。
将制备好的芯片液氮制冷到77K温度下，分别采用Keithley 2400数字源表和KEYSIGHT B1500A半导体测试分析仪对器件进行I-V、C-V特性测试和脉冲响应时间测试。
1）器件I-V测试
图5是不同光敏元尺寸（直径f为200mm、1350mm和140mm×60mm）的芯片在77K温度下的电流-电压特性曲线。从测试结果可以得到3种样品的R0A均
超过103 Wcm2，并无明显差异，说明这3种器件设计方法是合理的。
PN结I-V曲线表明所制备的芯片具有较好的结特性，能满足应用的要求。n区载
流子浓度可以控制在较低的水平（1×1013～1×1014 cm－3），抑制了器件的产生-复合电流，使得探测器的暗电流较小。
2）器件C-V测试
测试了芯片1MHz频率下的C-V曲线，综合考虑引线和测试系统带来的分布电容，得到图6。从图中可以得到，零偏压下芯片的电容约为19.5pF。通过公式(5)计算
得到的电容为5 pF，小于实际测量值。原因是当器件结面积很小时Cox是不能忽略的。另外，从测试结果拟合得到基区载流子浓度1.4×1013 cm－3，与设计的
掺杂浓度范围吻合。
依据公式(4)结合实际的工艺参数计算出了Cox约为14.5pF。将计算得到的电容和Cox相加，得到总的电容值C接近于19.5pF。从测试和计算结果得到Cox对器件总的电容有很大影响。为得到小的响应时间，需通过器件设计减小Cox。
表2中，随着器件的光敏面积和电学面积比值越大，器件的归一化电容越小，当
光敏面面积与电学面积之比大于80%时，可以获得较小的结电容，将利于提高器
件的响应时间。但当光敏面积逐渐接近结面积时，器件的串联电阻将会增大。
将同一芯片封装于普通杜瓦、高频杜瓦中，液氮制冷到77K，测试了不同封装下
的C-V曲线（图7）。可见，封装和引线存在不小的分布电容，为使封装后的探
测器电容与芯片电容接近，需要对器件封装和引线方式进行深入研究和改进。
3）脉冲响应时间测试
将芯片封装到宝石窗口的金属杜瓦中，液氮制冷后，采用带宽为100MHz的电路
作为探测器的前放电路，用中波红外光源测试器件的响应时间，输出信号采用示波器读取（采用示波器光标读取输出信号的幅值，依据响应时间的定义，提取数据绘出响应时间图）。实验结果如图8、图9所示，普通探测器响应时间为0.8ms，快响应探测器响应时间为0.3ms，与理论计算的响应时间20～60ps存在不小差距，主要原因是：①整个封装的管壳、杜瓦、引线的分布电容都会使器件总的电容增大，导致器件的时间常数增大；②前放电路带宽制约了器件的响应时间，电路3dB截
止频率应大于器件的截止频率，电路输入阻抗还需要与探测器匹配。
通过上述实验的结果分析，可从以下方面进一步进行实验：
1）通过合理的器件结构设计减小焊盘电容、接触区的电容对整个器件电容影响；2）应采用截止频率更高的前放电路，以验证快响应器件的响应时间；
3）制备的器件p区厚度依据经验进行判断，需要采用直接表征方法以验证实际值与设计值的差距。
另外，增大表面复合速度，响应时间会变短，但以牺牲光电性能为代价；器件工作在适当的反向偏压下，器件结电容减小，也可以提高器件的响应速度。为保证测试的响应时间尽可能接近真实值，需要设计新的封装结构。
本文根据光伏探测器响应时间理论，理论计算了响应时间与暗电流、量子效率的关系，设计出响应时间为20～60ps、量子效率为0.61～0.56的InSb红外探测器，实验制备了台面p＋-n结构的探测器。通过器件I-V、C-V曲线的测试，验证了最
终制备的器件参数与设计值吻合。采用脉冲响应法测试了常规器件和快速响应器件的响应时间分别为0.8ms和0.3ms，但与理论计算值存在不小差距，主要原因是器件的焊盘电容和接触区的电容对整个器件电容影响较大，下一步将继续对其深入研究，尽可能减小两者对器件快速响应的影响。
【相关文献】
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芯片探测器
芯片探测器 从1956年开始，以美国生产非制冷的硫化铅红外探测器（工作波段1～3μm）为导引的“响尾蛇”空空导弹为标志，红外探测器的军事应用进入了飞速发展阶段。首先是对化铅探测器进行制冷，大大提高了探测灵敏度；相继又出现了锑化铟、碲镉汞等多种新材料、多响应元及不同排列方式（线列、面阵）等构成多品种的实用均红外探测器，冉加适当的光机电扫描获得红外图像信息，实现了全天时昼夜红外成像，于红外成像侦察、成像制导等贴片钽电容武器装备，可实时获取战场情报、对来袭目标告警，并大大提高武器打击精度，是带动现代战争模式变革的主要技术因素之一。随着探测器像元规模的断扩大，需要的信号放大和处理电路（一般在非制冷环境）数量也越来越多，其引线数、体积、重量、耗电量、参数一敛性和可靠性等因素使得探测器像元不得不控制在一定的围内（一般在200元以下），严重制约了红外探测技术在武器装备的应用。随着微电子集电路技术的发展，和红外探测器有机结合并不断完善，就诞生了红外焦平面探测器——红外探测阵列完成光电转换，再由和其良好电气耦合（且同处在低温环境）的集成电路完成信号传输、延时积分、存储、背景消除、自动增益控制等信号处理（统称为读出电路，ROIC），又称第二代红外焦平面探测器，技术先进国家20世纪90年代进入批量生产；而把原来的单元或多元器件称为一代红外探测器；目前正在研发的红外焦平面阵列规模更大（百万像素以上、像元面积更小、探测灵敏度更高、均匀性更好）、信号处理能力更强（智能化）、工作T491D336K010AT温度更高(120～180K)、双色（短波红外+中波红外、短波红外+长波红外、中波红外长波红外等）或多色（包括紫外和可见光）复合的新型器件称为第三代红外焦平面探测器。红外焦平面阵列芯片有单片式和混合式。PtSiCCD红外焦平面阵列是红外探测单元列阵集成在硅材料衬底片上的单片式芯片，红外探测单元为肖
光电探测器的研究与应用现状
光电探测器的研究与应用现状光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它在现代科技领域中起着至关重要的作用。光电探测器的研究与应用正在逐渐发展和拓展，本文将从几个方面介绍光电探测器的研究和应用现状。 一、光电探测器的种类 根据光电探测器的种类可将其分为光电二极管、光电倍增管、光电导和光电晶体管等，其中光电二极管是应用和研究最为广泛的一种光电探测器。 光电二极管是利用半导体材料的PN结来实现光电转换的，其性能优越，在光通信、光电子学等领域被广泛应用。同时，其接收速度快，响应时间短，可以达到亚纳秒级别。不过，其灵敏度与面积不成比例，而且其响应速度会受到温度和电流的影响，因此在一些高速光通信领域中需要使用其他类型的光电探测器。 二、光电探测器在光通信中的应用
光通信技术已经成为现代通信技术的主流，而光电探测器则是光通信中不可或缺的关键组成部分。光电探测器可以将光信号转换为电信号，实现光信号与电信号之间的互相转换，使得信息得以在光学和电学之间进行传输。 目前，光接收模块中最常用的光电探测器是光电二极管，其高速度和高灵敏度使其成为优选的光电探测器。此外，还有一些新型光电探测器正在研究和发展中，例如纳米光电探测器、有机半导体探测器和基于石墨烯的探测器等。 三、光电探测器在医学及生物科学中的应用 光电探测器在医学及生物科学领域中也发挥着重要的作用。例如，医学领域中经常使用的磁共振成像（MRI）技术就需要使用光电探测器以便探测信号。此外，在生物科学研究中，光电探测器也可用于如蛋白质定量、药物筛选、DNA测序等方面，成为生物领域中广泛使用的夹道器之一。 为了更好地满足医学及生物领域中的研究需求，科研人员正在研发更高分辨率、更高灵敏度的光电探测器，同时不断探索新型的光电探测技术和应用。
台面PN结InSb红外探测器响应时间研究
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光电探测器原理
光电探测器功能及应用 表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。 一、有关响应方面的性能参数 1. 响应率（Responsivity）RV或RI 表征探测器将入射光信号转换成电信号的能力 电流的响应率RI：探测器将入射光信号转换成电流信号Ie的能力。 电压响应率RV：探测器将入射光信号转换成电压信号Ve的能力。 2.单色灵敏度Rλ --- 波长为l的单色辐射源 单色灵敏度：输出的光电流iλ与波长为λ的入射到探测器的单色辐射光通量Pλ（或照度）之比 3.积分灵敏度--- 复色辐射源 表示探测器对连续入射光辐射的反应灵敏程度 4. 响应时间 描述光电器件对入射辐射响应快慢的参数 5. 频率响应度 二、有关噪声方面的参数 1、信噪比 信噪比是判定噪声大小通常使用的参数。它是在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，（S――Signal N――Noise） 2. 噪声等效功率（NEP） 3. 探测率与比探测率 三、其它参数 1. 量子效率 描述光电转换器件光电转换能力的一个重要参数 2.线性度 线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。 工作参数 为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号，就要使相互连接的各器件都处于最佳的工作状态，所以光电探测器要与被测信号、光学系统以及后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配。
1、灵敏度（或称响应度） 灵敏度RV （或RI ）的定义为：探测器输出电压VS（或输出电流IS）与输入光功率P之比。 由于灵敏度与入射光波长关系密切。入射波长不同，探测器的灵敏度也不同，所以一般还须给出灵敏度的光谱响应特性。在光谱响应特性曲线中，探测器的光谱响应范围是峰值灵敏度下降一半时的波长范围。但对具体器件的光谱响应范围的定义可能不同，例如对光电倍增管的定义为下降到峰值灵敏度的1% 或0.1%的波长范围。 量子效率是从光的量子特性出发来定义灵敏度，表示单位时间内流出探测器件的电子流与入射光子流之比。 2、噪声等效功率（NEP） NEP定义为：探测信噪比S/N＝1时（信噪比是指信号的峰峰值和噪声的有效值之比），入射到探测器上的信号光功率。它表示探测器的噪声电平和探测器对微弱光信号的探测能力。由于噪声电平与测量带宽的根号成正比，所以NEP规定在1Hz带宽条件下的测量结果。NEP越小，则探测器的探测灵敏度越高。 3、探测率D 探测率D定义为NEP的倒数，这样D越大表明探测器的灵敏度越高。它表示单位入射辐射功率所产生的信噪比，当然，D值越大，表示器件的探测性能越好。任何探测器都有噪声，比噪声起伏平均值更小的信号实际上检测不出来。产生如噪声那样大的信号所需的辐射功率，称为探测器能探测的最小辐射功率，或称等效噪声功率。有时用探测率描述探测器的灵敏度。 除此之外，还有一些重要的指标，如反映探测器噪声电平的暗电流Id，探测器的接收截面Ad（会影响灵敏度和时间响应），探测器随温度的变化特性，半导体光电探测器的结电容（决定了时间响应），以及最大反偏电压、光照功率允许范围等，在使用时都必须注意的。 主要应用： 单光子探测技术。通过记录逐个单光子产生的脉冲数目来检测及其微弱的光信号。 正电子发射扫描仪。光电倍增管与闪烁体组合七射线，确定患者体内碎灭电子的位置，而得到CT像。 光电导探测：利用了光电导效应，即由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象（是内光电效应的一种）。 光伏探测器：利用半导体PN结光伏效应制成的器件。
光电探测器响应时间实验研究-毕业设计论文
光电探测器响应时间实验研究 摘要 近几十年来，光电探测器在光通信、国防探测、信号处理、传感系统和测量系统等高精尖科技领域得到广泛的应用，在信息为导向的时代，时间就是生命，提高速度的需求日益紧迫，提高光电探测器响应速度的努力几乎从诞生它的一刻起就没停止过。本实验主要研究光敏电阻和光电二极管的响应时间。理论分析先从光敏电阻的光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应、温度特性和前历效应来考察它的工作影响因素，确定光敏电阻响应时间与其入射光的照度、所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间的关系。从光电二极管的模型分析，我们知道光电二极管的响应时间有三个方面决定：①光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；②光生载流子在耗尽层内的漂移时间；③与负载电阻并联的结电容所决定的电路时间常数。文中将详细分析计算对比三个时间的数量级，以确定提高响应速度的最有效途径，并提出改善光电二极管的有效方法和PIN模型。实验研究时，采用近似脉冲的光源，经探测器的输出信号输入快速响应的CS-1022型示波器，在示波器上直接读出响应时间，分析实验结果，得出影响探测器响应时间的因素。 关键词：光电探测器，响应时间，半导体，影响因素
Abstract In recent decades, photoelectric detectors have been widely used in high-tech areas such as optical communications, national defense detection and signal processing, sensing system and measurement system .in the era which leaded by information, time is life. Improving speed increasingly is urgent needs of photoelectric detector. To improve the response speed, effort haven't been stopped from birth to its moment. This experiment mainly researchs photoconductive resistance and photoelectric diode response time. The theoretical analysis studys photoconductive resistance properties, intensity of illumination volt-ampere characteristics, frequency response and temperature characteristic and former calendar effect to examine its working influence factors, and find out the influencing factors between photoconductive resistance response time and incident light intensity of illumination, voltage, load resistance and the time experienced before intensity of illumination change. From the model analysis of the photoelectric diode, we know that the response time of the photoelectric diode has three aspects: (1) The diffusion time of photon-generated carrier near depletion layer.(2) The drift time of photon-generated carrier in depletion layer .(3) The constant of the circuit decided by junction capacitor which parallel with the load resistance . The detailed analysis and calculation of the order of magnitude of three time will be contrasted to determine the effective ways to improve photoelectric diode’s reaction speed,and the effective PIN model.In the experimental study, we use a pulse generator as light source, and the detector pulse output signal input quick response CS - 1022 type scillograph. So we can read direct response time in oscilloscope directly, then analyze the results, find out the factors which affect the probe response time. Key word:Photoelectric detector, response time, semiconductor, influencing factors
高性能的短波红外半导体光电探测器研究共3篇
高性能的短波红外半导体光电探测器 研究共3篇 高性能的短波红外半导体光电探测器研究1 短波红外半导体光电探测器是一种能够检测0.9-2.5微米范围内的红 外辐射的探测器。该探测器具有响应速度快、信噪比高、灵敏度高等 优点，广泛应用于安防监控、无人机导航、夜视设备等领域。而如何 提高短波红外半导体光电探测器的性能一直是研究领域关注的问题。 本文将重点探讨提高短波红外半导体光电探测器性能的关键技术。 1. 半导体材料 半导体材料是短波红外半导体光电探测器中最重要的组成部分。当前 广泛使用的半导体材料有InGaAs、HgCdTe、InAs/GaSb等。其中，HgCdTe是应用最广泛的材料之一，但是其制备成本较高，且需要满足 高纯度要求，生长技术限制研究。因此，研究人员也提出了其他材料 的选择。例如，InAs/GaSb由于其独特的能带结构，具有更好的性能。通过合适的掺杂可以调节半导体材料的带隙，以得到不同响应波段的 光电探测器。 2. 硅基短波红外探测器 通常情况下，短波红外光电探测器使用的材料是HgCdTe和InGaAs。但是，硅基短波红外探测器也被广泛研究。硅基短波红外探测器使用先 进的微电子工艺制造，可以实现光电探测器的微缩尺寸和集成化设计。此外，硅基材料的价格相对较低，具有较高的生产工艺稳定性，克服 了HgCdTe和InGaAs等材料的缺点。虽然硅基材料光子能量低，但是 它可以通过红外吸收增强层实现波长转换。因此，硅基短波红外探测 器在未来有望成为光电探测器中的新宠。
3. 外加电场和极化层 在短波红外半导体光电探测器中，外加电场和极化层是提高光电转换 效率和响应速度的最佳选择之一。外加电场可以提高载流子产生和收 集的速度，进而提高探测器的响应速度。极化层则可以帮助将光子能 量转移到载流子。通过掺杂极化层，可以在探测器中形成更多的电荷 的势能梯度，提高载流子的产生效率。 4. 低噪声前置放大器 在实际的应用中，环境噪声对光电探测器的影响较大。为了减少噪声 影响，通常会采用低噪声前置放大器，以获得更高的信噪比。同时， 使用前置放大器也能补偿电缆和电路的损失，增加信号强度和质量。 总之，提高短波红外半导体光电探测器的性能需要从多个方面进行研究。在材料选择、微电子制造、外加电场和极化层以及前置放大器的 设计等方面不断探索，以确保探测器的灵敏度、响应速度和信噪比等 性能达到最佳状态。 高性能的短波红外半导体光电探测器研究2 短波红外半导体光电探测器是一种能够感知红外光的器件，该器件具 有高灵敏度、高响应速度、高分辨率等特点，在红外成像、目标检测、火控制导、反应探测、医学诊断、环境监测等领域应用广泛。本文将 对短波红外半导体光电探测器的高性能方面进行研究。 一、材料优选 短波红外半导体光电探测器的性能主要取决于材料的优选。常见的半 导体材料有碲化镉（CdTe）、碲化锌（ZnTe）、碲化汞（HgTe）等。 其中，碲化汞被广泛用于制造高性能短波红外探测器，主要原因是它
光电探测器实验报告
光电探测器特性测量实验 摘 要： 本实验中探测并绘制了光电二极管的光谱响应曲线。分别运用脉冲法，幅频特性法和截止频率法对二极管和光敏电阻的响应时间进行了测量，并分析比较了这三种方法的利弊。最后自己设计连接电路测量光敏电阻的响应时间，更深入地理解了响应时间及测量原理。 一、 引言 光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。 通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。 本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。 二、 实验原理 1. 光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 ()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，即()()() λλλP V Rv = ；同理，电流光谱响应度()()()λλλP I R i = 式中，()λP 为波长λ时的入射光功率； ()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。 实验中用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则
()() f f f K R V P λλ= （f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。在本实验中，K f =100×300，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，f R ＝900V/W ）。 然后在相同的光功率()λP 下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()λb V ，从而得到光电二极管的光谱响应度 ()()()()()f f f b b K R V K V P V R //λλλλλ== 式中K b 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里K b =150×300。 2. 光电探测器响应时间的测试 表示时间响应特性的方法主要有脉冲响应特性法和幅频特性法。 1) 脉冲响应 响应落后于作用信号的现象称为弛豫。对于信号开始作用时产弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。弛豫时间的具体定义如下： 如用阶跃信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的（1-1/e ）（即63%）时所需的时间。衰减弛豫定义为信号撤去后，探测器的响应下降到稳定值的1/e （即37%）所需的时间。这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。另一种定义弛豫时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。这种定义多用于响应速度很快的器件，如光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增管等。 若光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为[1-exp(-t/τ1)]，衰减响应函数为exp(-t/τ2),则根据第一种定义，起始弛豫时间为τ1，衷减弛豫时间性为τ2。 此外，如果测出了光电探测器的单位脉冲响应函数，则可直接用其半值宽度来表示时间特性。为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源，即δ函数光源，可以采用脉冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。
红外探测器简介
红外探测器 设计研发部-平 一、红外探测器市场以及应用领域红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。近红外，由于其包含氢氧键、碳氢键、碳氧键等功能键的特征吸收线。大气中的水气、二氧化碳、大气辉光等也集中在这个波段。特有的光谱特性使得短波红外探测器可以在全球气候监测、国土资源监测、天文观测、空间遥感和国防等领域发挥重大作用。红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域， 尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。随着红外探测技术的飞速发展，红外探测器在军事、民用等诸多领域都有着日益广泛的应用。作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。 小型红外探测器是受价格驱动的商品市场，而中型和大型阵列探测器则是受成本和性能驱动的市场，并且为新产品提供了差异化的空间。但是在每种红外探测器技术（如热电/热电偶/微测辐射热计）之间存在着巨大的障碍。由于这些技术都是基于不同的制造工艺，如果没有企业合并或收购，很难从一种技术转换到另外一种技术。 红外探测器已进入居民日常安防中，其中主动式红外探测器遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双收，最大限度地降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。据美国相关公司市场调研分析师预
实验十三---PN结特性的研究和应用
实验十三---PN结特性的研究和应用
12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年） 内容 班级太 阳 能 电 池 特 性 研 究 黄 瑞 强 PN 结 特 性 叶 会 亮 导 热 系 数 罗 飞 二 阶 电 路 邹 文 强 电 源 特 性 邹 文 强 声光 电路 黄瑞 强 数 字 万 用 表 刘 燕 勇 光电 传感 器 刘志 勇 电科121 12 周3 202 8周 3 101 11 周3 205 9周 3 1 03 16 周3 103 15 周3 207 13 周3 2 05 10 周3 3 03 电科122 13 周3 202 9周 3 101 12 周3 205 8周 3 1 03 15 周3 103 16 周3 207 14 周3 2 05 11周 3 3 03
说明：14周3 （上课时间为第14周星期3；上课地点为物理实验室103教室。） 103 每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30 每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告 每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。 讲义份数：导热系数？份, 电源特性？份, 声光电路？份。 所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。 理学院物理实验室 2015.09.06 实验十三PN结特性的研究和应用
PN结作为最基本的核心半导体器件，得到了广泛的应用，构成了整个半导体产业的基础。在常见的电路中，可作为整流管、稳压管；在传感器方面，可以作为温度传感器、发光二极管、光敏二极管等等。所以，研究和掌握PN结的特性具有非常重要的意义。 PN结具有单向导电性，这是PN结最基本的特性。本实验通过测量正向电流和正向压降的关系，研究PN 结的正向特性：由可调微电流源输出一个稳定的正向电流，测量不同温度下的PN 结正向电压值，以此来分析PN结正向压降的温度特性。通过这个实验可以测量出玻尔兹曼常数，估算半导体材料的禁带宽度，以及估算通常难以直接测量的极微小的PN结反向饱和电流；学习到很多半导体物理的知识，掌握PN结温度传感器的原理。 【实验目的】 1、测量同一温度下，正向电压随正向电流的变化关系，绘制伏安特性曲线； 2、在同一恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度的变化曲线，确定其灵敏度，估算被测PN结材料的禁带宽度；
光电探测器 研究报告
第一章引言 (1) 第二章光电二极管 (2) 2.1 PIN光电二极管 (2) 2.1.1工作原理 (3) 2.1.2结构 (3) 2.1.3影响因素 (4) 2.2 雪崩光电二极管 (4) 2.2.1工作原理 (4) 2.2.2 影响响应速度的因素 (5) 2.2.3 优点 (5) 第三章光电倍增管 (6) 3.1结构 (6) 3.2使用特性 (7) 第四章结论与讨论 (11) 第五章参考文献 (12) 2
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第一章引言 光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。 1
第二章光电二极管 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.1 PIN光电二极管 PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的 PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 2
红外热像仪探测器分类和发展简史
红外热像仪探测器分类和发展简史 红外热像仪探测器分类和发展简史 由于红外辐射是人眼不可见的，要察觉其存在，测量其强弱，就必须首先利用红外探测器将其转换为某种便于测量的信号。红外探测器是红外探测或成像系统中的核心，也是红外技术发展最活跃的领域。红外技术的发展水平，通常是以红外探测器的发展水平为主要标志的。 1.红外探测器分类 对于品种繁多的红外探测器，有各种不同的分类方法。根据响应波长，可以分为近红外、中红外、远红外和极远红外探测器；根据工作温度和致冷需求，可以分为低温致冷和室温非致冷红外探测器；根据结构可分为单元、线阵和焦平面红外探测器；就探测机理而言，又可分为光子和热敏红外探测器，下面主要就这两类红外探测器予以简单介绍。 1.1光子红外探测器 光子红外探测器是利用材料的光电效应将光信息转换为电信息的红外敏感器件。材料的电学性质通常取决于材料中电子的运动状态，当光束入射至材料表面时，入射光子如果直接与材料中的电子起作用，引起电子运动状态改变，则材料的电学性质也将随之发生变化，这类现象统称为材料的光电效应。这里强调“直接”两字。如果光子不是直接与电子作用，而是能量被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高，导致材料电学性质的改变，这种情况不能称为光电效应，而是热电效应。光子探测器主要有以下几种： (1)光电导红外探测器 某些半导体材料，当受到红外线照射时，其电导率将明显改变，这种物理现象就是光电导效应。利用具有光电导效应的材料制成的红外探测器就称为光电导型探测器。常用的这种类型的探测器有：硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、锑化铟（InSb）、碲镉汞（Hg1-xCdxTe）和锗（Ge）掺杂红外探测器。 光电导探测器的缺点是：光电导效应只有在红外辐射照射一段时间后，其电导率才会达到稳定值，而当停止照射后，载流子不能立即全部复合消失，因此，电导率只有经过一段时间后才能回复。这种现象称为弛豫现象，这就造成了光电导型红外探测器响应速度较慢的缺点。 (2)光伏红外探测器 如果在固体内部存在一个电场，而且条件适当，则本征光吸收所产生的电子－空穴对会趋向两个部分，在两部分间产生电势差，接通外电路就可以输出电流。这就是半导体PN结的光伏效应。利用具有光伏效应的材料制成的红外探测器称为光伏红外探测用的光伏红外探测器有：砷化铟（InAs）、碲镉汞 （Hg1-xCdxTe）和锑化铟（InSb）探测器等。 与光电导效应相反，光伏效应是一种少数载流子效应。少数载流子的寿命通常短于多数载流子的寿命，当少数载流子复合消失时，光伏信号就终止了。由于这个原因，光伏红外探测器的响应速度一般快于光电导红外探测器，有利于作高速检测，另外其结构也有利于排成二维阵列制作焦平面。
简述红外探测器的类型及工作原理、性能参数及其物理含义、工作的三个大气窗口的波长范围
2.简述红外探测器的类型（1）及各自的工作原理（2）、红外探测器的性能参数及其物理含义（3）、红外探测器工作的三个大气窗口的波长范围（4）、热绝缘结构的热探测机理的红外探测器设计中的重要性（5）。 （1）红外探测器的类型 常见的红外探测器的分类 （红外热传感器还要加上气体型）（2）各自工作原理 一、热传感器 红外热传感器的工作是利用辐射热效应。探测器件接收辐射能后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出电信号。热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。 1.热敏电阻型 热敏电阻是由锰、镍、钴的氧化物混合后烧结而成。热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻片上，其温度升高，电阻值减小。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温度。 2.热电偶型 热电偶是由热电功率差别较大的两种金属材料（如铋/银、铜/康铜、铋/铋锡合金等）构成。原理：当红外辐射入射到热电偶回路的测温接点上时，该接点温度升高，而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，此时，在闭合回路中将产生温差电流，同时回路中产生温差电势。温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。 3.气体型 高莱气动型传感器是利用气体吸收红外辐射后，温度升高，体积增大的特性，来反映红外辐射的强弱。红外辐射通过窗口入射到吸收膜上，吸收膜将吸收的热能传给气体，使气体温度升高。气压增大，从而使柔镜移动。在室的另一边，一束可见光通过栅状光栏聚焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。当柔镜因压力变化而移动时，栅状图像与栅状光栏发生相对位移，使落到光电管上的光量发生改变，光电管的输出信号也发生改变。这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。这种传感器的恃点是灵敏度高，性能稳定。
光电探测器的选择
要正确选择光电探测器，首先要对探测器的原理和参数有所了解。 1.光电探测器 光电二极管和普通二极管一样，也是由PN结构成的半导体，也具有单方向导电性，但是在电路中它不作为整流元件，而是把光信号转变为电信号的光电传感器件。 普通二极管在反向电压工作时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相较大，以便接收入射光。光电二极管在反向电压工作下的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增加到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换为电信号，称为光电传感器件。 2.红外探测器 光电探测器的应用大多集中在红外波段，关于选择红外波段的原因在这里就不再冗余了，需要特别指出的是60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 红外线根据波长可以分为近红外，中红外和远红外。近红外指波长为—3微米的光波，中红是指3—20微米的光波，远红外是指20—1000微米的波段。但是由于大气对红外线的吸收，只留下三个重要的窗口区，即1—3,3—5和8—14可以让红外辐射通过。因为有这三个窗口，所以可以被应用到很多方面，比如红外夜视，热红外成像等方面。 红外探测器的分类： 按照工作原理可以分为：红外红外探测器，微波红外探测器，玻璃破碎红外测器，振动红外探测器，激光红外探测器，超声波红外探测器，磁控开关红外探测器，开关红外探测器，视频运动检测报警器，声音探测器等。 按照工作方式可以分为：主动式红外探测器和被动式红外探测器。 被动红外探测器是感应人体自身或外界发出的红外线的。主动式红外探测器一般为对射，红外栅栏等，是探测器本身发射红外线。 按照探测范围可以分为：点控红外探测器，线控红外探测器，面控红外探测器，空间防范红外探测器。 点源是探测元是一个点。用于测试温度，气体分析和光谱分析等 线阵是几个点排成一条线。用于光谱分析等 面阵是把很多个点源放在仪器上形成一个面。主要用于成像。 四象限是把一个点源分成四个象限。用于定位和跟踪。
光电检测技术与应用简答题
简答题 1、光电探测器常见的噪声有哪几类？分别简要说明。 答：（1）热噪声（2）散粒噪声（3）产生复合噪声（4）1/f噪声（5）温度噪声说明：（1）由于导体和半导体中载流子在一定的温度下做无规则运动，频繁与原子发生碰撞产生的（2）随机起伏产生的噪声称为微粒噪声（3）半导体受光照时，载流子不断地产生复合，在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中带有产生复合噪声（4）此种噪声的功率谱近似于频率成反比（5）由于器件本身温度变化引起的噪声成为温度噪声 2、光电二极管与一般二极管相比有什么相同点和不同点？ 答：相同点：管芯由PN结构构成具有单项导电性 不同点：（1）光电二极管的管壳有接受光照的窗口，有光照时电流剧增，无光照时，电流很小，（2）光电二极管工作在反偏，普通二极管反偏状态截止，（3）光二极管把光线号变为电信号，普通二极管整流作用 3、简述光电三极管的工作原理。 答：原理分为2个阶段，一是光电转换，二是光电流放大 就是将两个PN结组合起来使用，基极和集电极之间处于发反偏状态，内建电场由集电极指向基极。光照射到P区，产生光生载流子对，电子飘移到集电极，空穴留在基极，使基极和发射极之间电位升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，产生光电流。 4、简述声光相互作用中产生布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。 答：条件：（1）声波频率较高（2）声波作用长度L较长（3）声波波面间以一定角度入 射特点：在方向上有选择性，在波长上有选择性 5、什么是热释电效应？热释电器件为什么不能工作在直流状态？ 答：热释电效应：铁电子极化强度随温度改变表面由浮游电荷出现，相当于释放出一部分电荷 原因：工作在直流状态下，温度频率不变，观察不到它的自发极化现象，所以探测的辐射必须是变化的，而且只有辐射频率F》1/T时才有输出，因此对于恒定的红外辐射，要进行调制，使其变成交变辐射，不断引起探测器温度变化，才能产生热释电。
红外线探测器的原理及应用
红外线探测器的原理及应用 红外线探测器是一种能够感受和接收红外线辐射的设备，通过特定的传感器和电路系统，对红外线进行检测和转换，最终转化为可观测的电信号。红外线探测器的原理是基于物质或物体在红外波段的吸收、辐射和反射特性。 红外线探测器的原理主要有以下几种： 1. 热敏原理：热敏红外线探测器利用物质在红外波段吸收光能后产生热效应的原理进行工作。当红外线照射到热敏元件表面时，元件的温度会升高，从而改变其电阻、电容或者电压等参数，进而通过相应电路进行信号检测和处理。 2. 二极管原理：红外线探测器的一种常见原理是利用PN结二极管的特性。当红外线照射到二极管上时，被照射区域的载流子浓度发生变化，导致二极管的电流或电压发生变化。通过测量二极管的电流或电压的变化，可以得知红外线的强度和频率等信息。 3. 干扰滤波原理：红外线探测器还常采用差分测量原理。通过将环境红外辐射和目标红外辐射分别传导到两个相同结构的传感器上，然后进行差分运算，可以有效地抑制环境干扰，提高探测器对目标红外辐射的敏感性。 红外线探测器在许多领域都有广泛的应用。
1. 安防领域：红外线探测器可用于入侵报警系统。当有人或物进入监控区域时，红外线探测器会感受到目标的红外辐射，发出警报信号。同时，红外线探测器还可用于监控系统中的目标跟踪、人脸识别等功能。 2. 消防领域：红外线探测器可用于火焰快速探测。火焰产生的红外辐射能够被红外线探测器感知，当有火焰出现时，探测器会发出报警信号，及时采取灭火措施，保障人员和财产安全。 3. 环境监测：红外线探测器可用于大气污染和温室气体监测。例如，通过检测大气中的CO2浓度，可以判断空气质量和环境污染的程度。 4. 医疗领域：红外线探测器可用于体温测量。人体在发热时会产生红外辐射，红外线探测器可以通过测量体表的红外辐射来获取人体的体温信息，具有非接触、快速、准确的优势。 5. 工业领域：红外线探测器可用于物体测温、材料表面缺陷检测、液体水位测量等。通过检测物体发出的红外辐射，可以实现对物体温度、表面质量、液位变化等参数的无损监测。 总之，红外线探测器广泛应用于安防、消防、环境监测、医疗和工业等领域。随着科技的不断进步，红外线探测器的性能和应用也在不断提升，为人们带来更多
红外探测实验
寸录 一、红外探测的目的意义 (1) 二、系统设计需求分析 (1) 2.1探测目标特性 (1) 2.2系统相矢知识 (1) 2.3相矢传感器及原理 (2) (一)热探测器 (2) (-)光子探测器 (3) 三、系统设计与仿真 (4) 3.1原理图 (4) 3.2软件设计 (4) 3.3仿真 (5) 四、实物制作 (6) 4.1PCE 幅员 (6) 4.2焊接 (6) 4・3测试及结果分析 (7) 五、结论与展望 (7)
•、红外探测的目的意义 红外探测以红外物理学为根底，研究和分析红外的产生、传输及探测过程中的特征和规律；对产生红外辐射的目标的探测识别提供依理论根底和实验依据。 红外探测通过对各种物质、不同目标和背景红外辐射特性的研究，实现对目标及其周圉坏境进行深入的探测与识别，特别是在夜间作战过程中提供清晰的目标与战场情况。 系统设计需求分析 2.1探测目标特性 红外线是一种电磁波，具有与无线电涉及可见光一样的本质，红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和开展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。它是基于任何物体在常规坏境卞都会产生自身的分子和原子无规那么的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。 2.2系统相尖知识 红外辐射特性 红外线与可见光具有相似的特性： 按直线前进、服从反射和折射定律、也有干预、衍射和偏振特性；同时，它又有粒子性，即它以光量子形式发射和吸收。 还有与可见光不一样的独特性能： 1、对人的眼睛不敏感，需用红外探测器接收； 2、光量子能量比可见光小； 3、热效应比可见光要强的多： 4、更易被物质吸收。 二次人战后，半导体技术的开展推动了红外探测技术的开展：先后出现了InSb、HgCdTe、掺杂Si、PtSio InSb的灵敏度较高，但是带隙只有0.22eV,所以只能探测低于5.6 um。 PtSi由于它的高均匀性和可生产性，可以做成人的焦平面阵列，但是其截至波长为5.7 Pm,也只能用于
无人机红外辐射特性数值模拟研究综述
无人机红外辐射特性数值模拟研究综述 1. 绪论 1.1 研究背景和意义 1.2 国内外研究现状分析 1.3 研究目的和意义 2. 红外辐射特性基础知识 2.1 红外辐射的产生与传播 2.2 红外辐射特性的影响因素 2.3 红外辐射传感器的工作原理 3. 无人机红外辐射数值模拟方法 3.1 无人机模型建立 3.2 红外辐射模型数值模拟 3.3 模拟结果分析与评价 4. 实验 4.1 实验设计 4.2 材料、工具与实验装置 4.3 实验步骤与过程 4.4 实验结果分析 5. 结论与展望 5.1 结论 5.2 未来研究展望 5.3 存在问题与改进措施第1章节绪论 1.1研究背景和意义 随着无人机的发展和应用范围的扩大，无人机的隐身性能日益受到关注。而在现代隐身技术中，红外辐射隐身技术越来越受
到重视。红外辐射是指物体在温度高于绝对零度时发射的辐射，它包含的波长范围为0.7μm~1000μm，其中以3μm~5μm和 8μm~14μm的波长段为主。军事领域中，敌方使用红外探测系 统可以对无人机进行有效探测和追踪，甚至进行打击。因此，研究无人机红外辐射特性对无人机隐身性能的提高和红外辐射探测系统的研究都具有重要意义。 1.2国内外研究现状分析 在国内外，对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究已经逐渐兴起。在国内，无人机红外辐射特性的研究主要集中在模型建立和红外辐射模拟方法的研究上。例如，一些研究利用有限元方法和边界元法建立无人机的三维模型，并进行红外辐射数值模拟。但是这些研究在实际应用中还存在一些问题，例如计算复杂度大、计算精度有限等。因此，未来的研究应该关注对红外辐射数值模拟方法的改进和提升。 而国外对无人机红外辐射特性的数值模拟研究更加深入。美国军方利用红外探测器对无人机红外辐射进行监测，并对其进行探测性能评估。而在研究方法上，国外研究通常利用经验公式、统计方法和计算流体力学等进行计算，这些方法在计算效率和精度上都有所提升。 1.3研究目的和意义 本文旨在对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究，并提出改进和提高模拟精度的方法，为无人机隐身性能的提高和红外辐