电子科技大学：《敏感材料与传感器 Sensitive Materials and Sensors》课程教学资源（课件讲稿）第六章 新型红外传感器

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电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 第六章 新型红外传感器

目录 /986 一、红外辐射的基本知识 二、红外传感器 三、非致冷红外传感器 电子科技大学敏常材料与传感器课程组制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 一、红外辐射的基本知识 二、红外传感器 三、非致冷红外传感器 目 录

红外探测器（或红外传感器)研究历史1 1800年，F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。当 时，他使用的是水银温度计，即最原始的热敏型红外探测器 1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应（也称塞贝克 效应)，制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测 器。称作温差电型红外探测器（也称真空温差电偶）。其后，又 从单个温差电偶发展成多个电偶串联的温差电堆。 ▣ 1880年，S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成 另一种热敏型红外探测器，称为测辐射热计。 电子料技大学敏感材料与传感器课程组 制相

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 红外探测器（或红外传感器）研究历史-1  1800年，F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。当 时，他使用的是水银温度计，即最原始的热敏型红外探测器。  1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应(也称塞贝克 效应)，制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测 器。称作温差电型红外探测器(也称真空温差电偶)。其后，又 从单个温差电偶发展成多个电偶串联的温差电堆。  1880年，S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成 另一种热敏型红外探测器,称为测辐射热计

红外探测器（或红外传感器)研究历史-2 口1947年，M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的 气动型红外探测器（又称高莱管) 口在40年代，又用半导体材料制作温差电型红外探测 器和测辐射热计，使这两种探测器的性能比原来使 用半金属或金属时得到很大的改进。半导体的测辐 射热计又称热敏电阻型红外探测器。 电子科技大学放席材料与传感器课程组制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 红外探测器（或红外传感器）研究历史-2  1947年,M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的 气动型红外探测器（又称高莱管）。  在40年代，又用半导体材料制作温差电型红外探测 器和测辐射热计，使这两种探测器的性能比原来使 用半金属或金属时得到很大的改进。半导体的测辐 射热计又称热敏电阻型红外探测器

红外探测器（或红外传感器）研究历史3 /98 20世纪60年代中期，出现了热释电型探测器。它也是一种热敏型探测器， 但其工作原理与前三种热敏型红外探测器有根本的区别。 口最早的光电型红外探测器是利用光电子发射效应即外光电效应制成的。 以Cs-0-Ag为阴极材料的光电管（1943年出现)可以探测到1.3μm。外 光电效应的响应波长难以延伸，因此，它的发展主要是近红外成像器件， 如变像管。利用半导体的内光电效应制成的红外探测器，对红外技术的 发展起了重要的作用。内光电效应分光电导和光生伏打两种效应。利用 这些效应制成的探测器分别称为光导型红外探测器和光伏型红外探测器 (见光子型探测器)。在半导体中引起电导改变或产生电动势是一个激 活过程，需要有一定的能量E。因此，入射辐射的光子能量必须大于E。 也就是光电型探测器有一个最长的响应波长，称为长波限入。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 红外探测器（或红外传感器）研究历史-3  20世纪60年代中期，出现了热释电型探测器。它也是一种热敏型探测器， 但其工作原理与前三种热敏型红外探测器有根本的区别。  最早的光电型红外探测器是利用光电子发射效应即外光电效应制成的。 以 Cs-O-Ag为阴极材料的光电管（1943年出现）可以探测到 1.3μm。外 光电效应的响应波长难以延伸，因此，它的发展主要是近红外成像器件， 如变像管。利用半导体的内光电效应制成的红外探测器，对红外技术的 发展起了重要的作用。内光电效应分光电导和光生伏打两种效应。利用 这些效应制成的探测器分别称为光导型红外探测器和光伏型红外探测器 （见光子型探测器）。在半导体中引起电导改变或产生电动势是一个激 活过程，需要有一定的能量E。因此，入射辐射的光子能量必须大于E。 也就是光电型探测器有一个最长的响应波长，称为长波限λ

红外探测器（或红外传感器）研究历史-4 /986 1917年，T.W.卡斯发明TiS光电型红外探测器，但长波限仅到1.1μm。 30年代末期，德国人研究PbS光导型探测器，室温工作时长波限为3μm,液氮温度 时可到5μm。第二次世界大战之后，相继研制成PbTe和PbSe光电型探测器，响应 波长延伸到7微米。50年代起，由于半导体物理学的发展，光电型探测器所能探测 的波长不断延伸。对于有重要技术用途的1~13μm波段和限于实验室应用的13~ 1000μm波段，都有适当的光电型探测器可供使用。60年代起，又研究成Hg1-xCd.Te 三元半导体红外探测器，配制不同组分x的材料，可以制得不同响应波长的红外探 测器。 ▣ 整流型红外探测器也是60年代开始问世的。由于激光的出现，就有可能利用外差技 术进行接收。因此，把微波波段用的结型检波器推广应用到更高的频率范围，即短 毫米波和亚毫米波。 电子料技大学敏席材料与传感器课程组

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 红外探测器（或红外传感器）研究历史-4  1917 年 ,T.W. 卡斯发明 TiS 光电型红外探测器 , 但长波限仅到 1.1μm 。 30年代末期，德国人研究PbS光导型探测器，室温工作时长波限为3μm，液氮温度 时可到5μm。第二次世界大战之后，相继研制成PbTe和PbSe光电型探测器，响应 波长延伸到7微米。50年代起,由于半导体物理学的发展，光电型探测器所能探测 的波长不断延伸。对于有重要技术用途的 1～13μm波段和限于实验室应用的13～ 1000μm波段，都有适当的光电型探测器可供使用。60年代起,又研究成Hg1-xCdxTe 三元半导体红外探测器，配制不同组分x的材料,可以制得不同响应波长的红外探 测器。  整流型红外探测器也是60年代开始问世的。由于激光的出现,就有可能利用外差技 术进行接收。因此,把微波波段用的结型检波器推广应用到更高的频率范围，即短 毫米波和亚毫米波

一、红外辐射的基本知识 1、红外辐射 2、红外辐射源 电子科技大学敏常材料与传感器课程组制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 一、红外辐射的基本知识 1、红外辐射 2、红外辐射源

98 1、红外辐射 1红外辐射俗称红外线定义：它是一种人眼看不见的光线。但实际上 它和其它任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只 要它的温度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。红外线是 位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它的波长范围大致 在0.76μm(或0.77μm)到1000μm的频谱范围之内。相对应的频率 大致在4×1014-3×1011Hz之间。 红外线与可见光、紫外线、X射线、Y射线和微波、无线电波一起 构成了整个无限连续的电磁波谱。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 1、红外辐射  红外辐射俗称红外线定义：它是一种人眼看不见的光线。但实际上 它和其它任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只 要它的温度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。红外线是 位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它的波长范围大致 在0.76μm(或0.77μm)到1000μm的频谱范围之内。相对应的频率 大致在4×1014-3×1011Hz之间。  红外线与可见光、紫外线、X射线、γ射线和微波、无线电波一起 构成了整个无限连续的电磁波谱

好 /986 电磁波谱图 被长/ /cm /m 人一 10-9107 1C…103 10-1 10 101 10 103 103 10 1可 字宙射线y射线飞射线 红外线 微波 无线电波 近红外中红外} 远红外 极远红外 6 3 6 9 12 15 18 21 波长/gm 电子科技大学敏席材料与传廊器课程组 制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 电磁波谱图

/986 红外分区： 在红外技术中，一般将红外辐射分为4个区域 近红外区： 770≈1.5×103nm 中红外区： 1.5×103~6×103nm 远红外区： 6×103~40×103nm 极远红外区： 40×103~1000×103nm 注意：这里所说的远近是指红外辐射在 电磁波谱中与可见光的距离。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 红外分区： 在红外技术中，一般将红外辐射分为4个区域 近红外区: 770 ~ 1.5×10 3 nm 中红外区: 1.5×10 3 ~ 6×10 3 nm 远红外区: 6×103 ~ 40×10 3 nm 极远红外区: 40×10 3 ~ 1000×10 3 nm 注意：这里所说的远近是指红外辐射在 电磁波谱中与可见光的距离