日盲光电探测器 Solar-blind photodetectors

2022-10-26 15:15:08 浏览:998

定义

对可见光不敏感但对紫外线有反应的光电探测器。

日盲光电探测器是对红外光,可见光和近紫外光不敏感的光电探测器,但对波长低于约300nm的紫外线做出反应。请注意,地球上的太阳辐射也在某种程度上延伸到紫外线区域;在大气层之外,紫外线含量要高得多。因此,当暴露在太空中的太阳光下时,太阳盲探测器可能仍然会显示出一些反应。

同样,人们定义了可见盲光电探测器,但在这里,长波长截止更接近可见光范围,例如在360nm左右。

虽然许多种类的光电探测器(例如基于硅光电二极管)原则上可以通过配备光学滤光片来制造日盲,该滤光片可以传输紫外线同时阻挡可见光,但术语日盲探测器主要用于对可见光自然不敏感的探测器,因此不需要这样的滤光片。典型的解决方案是在具有宽带隙的半导体材料中使用内部光电效应,其中具有较低光子能量的光不能被吸收,因此不会产生光电流。同样,可以将外部光电效应与具有较大功函数的材料一起使用。使用这两种方法,可见光谱区域中的响应度都可以比紫外线区域低几个数量级。然而,请注意,在高光学强度下(超短脉冲可能),人们仍然可以通过双光子吸收从波长较长的光中获得实质性的响应。

短波长紫外光的高光子能量导致许多材料的快速降解。应优化太阳盲探测器,使其能够承受具有大量终生剂量的紫外线照射。在某些应用中,例如在太空中,它们还暴露于大量的短波长辐射中,它们也应该抵抗:它们应该具有高辐射硬度。

太阳盲探测器通常可以在相对较高的温度下运行,而不会产生大量的暗电流。这种行为是由相对较高的带隙能量或功函数引起的,这会抑制热激发。在相对较高的温度下操作可以避免某些物质的不良沉积的应用中,它可以很方便。

一些探测器(例如基于AlGaN,见下文)也适用于制造紫外成像设备的焦平面阵列,可用于日盲相机。

日盲光电探测器示例

光电二极管和肖特基势垒探测器

亚硝酸盐基III-V半导体通常具有相对较大的带隙能量和直接带隙,这导致明确定义的长波长截止。特别是,一种使用氮化铝镓(Alx加语1−xN),一种三元材料,其中带隙能量可以通过组成参数x从3.4 eV(GaN)调谐到6.2 eV(AlN)。通常,人们用足够高的x值调整成分,使得长波长截止值低于300nm。可以实现传统的光电二极管和肖特基势垒探测器;后者的制造起来比较简单。

碳化硅(SiC)光电二极管对波长低于约355nm的光敏感,可用作可见盲探测器。

基于光电阴极的探测器

日盲光电正极材料的一个例子是碲铒(CsTe),其长波长截止波长约为320 nm。另一个例子是碘酸铯(CsI),截止时间约为200nm。当然,需要将这种光电阴极与在紫外线区域中表现出高透射率的光学窗口结合使用。

例如,太阳盲光电阴极可用于光电倍增管和图像转换器。

日盲和可见盲探测器的应用

太阳盲探测器对于所有需要检测紫外线而不受(可能更强的)可见光干扰的应用都很有趣。例如,可以使用这种探测器来监测地球上的紫外线照射,由于臭氧层的消耗,紫外线照射可能会增加。短波长紫外光探测器也可用于火焰检测和太阳XUV-VUV辐射计 - 尽管在使用它们检测太阳辐射时将探测器称为太阳盲有点奇怪。

日盲相机可用于监控电力线,通过紫外线发射可以很容易地识别放电。军事应用的一个例子是在强烈的太阳光下观察到的导弹的火箭发动机探测高温火焰。

光检测和表征

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