量子阱-发光二极管红外上转换探测器工作机理

6.4.3 量子阱红外探测器

6.4 红外焦平面探测器红外焦平面探测器◆焦平面的概念与基本结构◆肖特基势垒探测器◆量子阱与量子点探测器◆倒装互连技术6.4 红外焦平面探测器6.4.3 量子阱与量子点探测器量子阱与量子点探测器量子阱探测器量子阱红外探测器❖量子阱红外探测器(QWIP)是随着分子束外延技术及量子阱超晶格材料的发展，利用GaAs/GaAlAs量子阱子带间红外光电效应制备的高灵敏红外探测器；它具有InSb、HgCdTe同样的性能，可实现大面积、均匀性高，且与目前的GaAs工艺兼容；❖通过改变量子阱宽度和势垒高度对带隙宽度进行人工剪裁，可方便地获得6～20μm光谱范围的响应，通过在GaAs势阱层内增加InGaAs材料，短波长可扩展到3μm。

通过改善量子阱能带参量可以实现光谱响应大范围调节，在2~20μm 的范围内均可工作；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）量子阱红外探测器❖当器件正偏时，电压增大，光电信号减少；零偏时，光电信号较大；反偏时，电压增大，光电信号增大量很少，达到饱和。

故量子阱探测器具有明显的整流特性；❖能带与掺杂分布的不对称性，使得整个N型区有类似于P-N结的特性，故具有向长波延伸的条件。

❖从1987年贝尔实验室研制出第一个GaAlAs/GaAs量子阱红外探测器以来，该技术得到了迅速发展，成为三十多年来红外探测器领域研究的新热点。

❖下图为GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器子带吸收的能带示意图，量子阱导带内基态电子(或空穴)在红外辐射作用下，向高能带跃迁，并在外电场作用下做定向运动，形成与入射光强成正比的光电流。

量子阱的基本结构❖Levine等人利用该原理试制出了最初的量子阱红外探测器。

该量子阱红外探测器是采用分子束外延法交替生长GaAs阱和AlGaAs势垒50个周期构成的超晶格结构。

量子阱红外探测器量子阱探测器的基本工作模型量子阱红外探测器工作的基本模型❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－自由态跃迁：当势阱宽度进一步减小时，子能级的束缚态会在势阱中上升，形成高于势垒的自由态(或连续态)（光谱响应较宽），在红外辐射作用下，使电子直接从势阱进入自由态，在较小外加偏压作用下形成光电流；❖多量子阱跃迁：由两种不同半导体材料薄层交替生长形成多层结构（A/B/A/B…），两种跃迁方式均存在的多个量子阱探测器模型。

光子探测器分类

描述bios的含义
光子探测器是一种能够探测光（光子）的探测器，通常用于高能物理、核医学、安全检查、环境监测等领域。

常见的光子探测器分类如下：
- 按照工作原理分类：
- 光电探测器：利用光电效应将光信号转换为电信号，如光电二极管、光电倍增管等。

- 热探测器：利用光热效应将光信号转换为热信号，如热敏电阻、热释电探测器等。

- 量子探测器：利用量子效应将光信号转换为电信号，如雪崩二极管、硅光电池等。

- 按照探测波长分类：
- 可见探测器：能够探测可见光谱范围内的光，如光电二极管、光敏电阻等。

- 红外探测器：能够探测红外光谱范围内的光，如热释电探测器、量子阱探测器等。

- 紫外探测器：能够探测紫外光谱范围内的光，如雪崩二极管、硅光电池等。

- 按照应用领域分类：
- 高能物理探测器：用于高能物理实验中探测光子，如闪烁计数器、切伦科夫计数器等。

- 核医学探测器：用于核医学成像中探测光子，如正电子发射
断层扫描（PET）探测器、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）探测器等。

- 安防探测器：用于安全检查和监控中探测光子，如X射线探测器、γ射线探测器等。

6.4.3 量子阱红外探测器

6.4 红外焦平面探测器红外焦平面探测器◆焦平面的概念与基本结构◆肖特基势垒探测器◆量子阱与量子点探测器◆倒装互连技术6.4 红外焦平面探测器6.4.3 量子阱与量子点探测器量子阱与量子点探测器量子阱探测器量子阱红外探测器❖量子阱红外探测器(QWIP)是随着分子束外延技术及量子阱超晶格材料的发展，利用GaAs/GaAlAs量子阱子带间红外光电效应制备的高灵敏红外探测器；它具有InSb、HgCdTe同样的性能，可实现大面积、均匀性高，且与目前的GaAs工艺兼容；❖通过改变量子阱宽度和势垒高度对带隙宽度进行人工剪裁，可方便地获得6～20μm光谱范围的响应，通过在GaAs势阱层内增加InGaAs材料，短波长可扩展到3μm。

通过改善量子阱能带参量可以实现光谱响应大范围调节，在2~20μm 的范围内均可工作；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）量子阱红外探测器❖当器件正偏时，电压增大，光电信号减少；零偏时，光电信号较大；反偏时，电压增大，光电信号增大量很少，达到饱和。

故量子阱探测器具有明显的整流特性；❖能带与掺杂分布的不对称性，使得整个N型区有类似于P-N结的特性，故具有向长波延伸的条件。

❖从1987年贝尔实验室研制出第一个GaAlAs/GaAs量子阱红外探测器以来，该技术得到了迅速发展，成为三十多年来红外探测器领域研究的新热点。

❖下图为GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器子带吸收的能带示意图，量子阱导带内基态电子(或空穴)在红外辐射作用下，向高能带跃迁，并在外电场作用下做定向运动，形成与入射光强成正比的光电流。

量子阱的基本结构❖Levine等人利用该原理试制出了最初的量子阱红外探测器。

该量子阱红外探测器是采用分子束外延法交替生长GaAs阱和AlGaAs势垒50个周期构成的超晶格结构。

量子阱红外探测器量子阱探测器的基本工作模型量子阱红外探测器工作的基本模型❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－自由态跃迁：当势阱宽度进一步减小时，子能级的束缚态会在势阱中上升，形成高于势垒的自由态(或连续态)（光谱响应较宽），在红外辐射作用下，使电子直接从势阱进入自由态，在较小外加偏压作用下形成光电流；❖多量子阱跃迁：由两种不同半导体材料薄层交替生长形成多层结构（A/B/A/B…），两种跃迁方式均存在的多个量子阱探测器模型。

红外光电探测器技术的发展(学术前沿专题)

量子点红外光电探测器技术的发展（学术前沿专题）专业：测试计量技术及仪器班级：硕研22班学生学号： S0908*******学生姓名：李刚量子点红外光电探测器目前大多数红外焦平面阵列（FPA）都以量子阱红外光电探测器（QWIP）或碲镉汞（MCT）光电探测器为基础，而这两类探测器都存有重大的不足。

QWIP对垂直入射光的探测效率很低，因为垂直方向上光子的跃迁被禁止。

尽管利用光栅可以弥补这一缺点，但光栅的制作无疑会增加系统的成本。

另外，QWIP在高温工作时暗电流较高，所以通常采用冷却方式使其在低温下工作，这便大大增加了成像系统的成本、体积和功耗。

MCT光电探测器则因为MCT固有的不稳定性，很难实现高度均匀的探测器阵列，而且以MCT为基础的FPA还具有成本高和效率低的缺点。

近年来，量子点红外光电探测器（QDIP）在工作温度和量子效率方面取得的重大进步，将有望引领新一轮成像技术热潮，并将在医学与生物学成像、环境与化学监测、夜视与太空红外成像等领域开辟新的应用天地。

目前，通过采用纳米技术形成量子点，研究人员已经在开发室温或接近室温工作的高性能成像器方面迈出了一大步。

量子点又称“人造原子”，目前量子点作为提高电子与光电子器件性能的一种手段，已经被广泛应用。

量子点的尺寸很小，通常只有10nm，因此其具有独特的三维光学限制特性。

将量子点应用在红外光电探测器上，可以使探测器在更高的温度下工作。

开发高温工作的红外光电探测器，可以降低红外成像系统的成本，减小重量，提高效率，这将极大地拓展红外光电探测器的应用范围。

研究人员已经开发出了首个以QDIP为基础的焦平面阵列。

研究人员在开发高性能QDIP方面取得了重大突破。

新开发的在室温下工作的QDIP，探测峰值波长在中红外波段（3～5μm），这一波段具有重要的应用价值，因为地球大气层对中红外波段的吸收很小。

该款QDIP由砷化铟（InAs）量子点和铟砷化镓（InGaAs）量子阱组成的混合结构，同时利用铝铟砷化物（AlInAs）形成势垒。

简述红外夜视视觉传感器的工作原理及特点

简述红外夜视视觉传感器的工作原理及特点一、红外夜视视觉传感器的概述红外夜视视觉传感器是一种能够在低光环境下工作的传感器，其利用红外线技术实现对目标的探测和成像。

它主要由红外探测器、光学透镜、信号处理电路和显示装置等组成。

二、红外探测器的工作原理红外探测器是红外夜视系统中最核心的部件之一。

它能够将目标发出的热辐射转化为电信号，从而实现目标的探测和成像。

常见的红外探测器主要有热电偶、焦平面阵列和量子阱等。

1. 热电偶热电偶是最早被应用于红外夜视系统中的传感器。

它利用材料在温度变化时产生电势差的原理，将目标发出的热辐射转化为电信号。

但是，由于其灵敏度低、响应速度慢等缺点，已经逐渐被其他类型的红外探测器所取代。

2. 焦平面阵列焦平面阵列是当前应用最广泛的红外探测器之一。

它由多个微小的探测单元组成，每个单元都能够将目标发出的热辐射转化为电信号。

这些信号被整合后，就能够形成目标的图像。

与热电偶相比，焦平面阵列具有灵敏度高、响应速度快等优点。

3. 量子阱量子阱是一种新型的红外探测器，其灵敏度和分辨率都比焦平面阵列更高。

它利用半导体材料中的量子效应实现对红外线辐射的探测和成像。

由于其制造工艺复杂、价格昂贵等原因，目前还没有被广泛应用于红外夜视系统中。

三、光学透镜的工作原理光学透镜是红外夜视系统中另一个重要组成部分。

它主要负责将目标发出的光线聚焦到红外探测器上，并对图像进行调节和矫正。

1. 聚焦光学透镜通过改变其曲率来实现对光线的聚焦。

当光线经过凸透镜时，会向透镜中心汇聚；当光线经过凹透镜时，会从透镜中心散开。

通过调节透镜的曲率，就能够将目标发出的光线聚焦到红外探测器上。

2. 调节和矫正光学透镜还可以通过调节其位置和角度来实现对图像的调节和矫正。

例如，在夜视系统中，由于红外辐射的波长比可见光短很多，因此需要使用特殊的光学透镜来实现对图像的调整和矫正。

四、信号处理电路的工作原理信号处理电路是红外夜视系统中最重要的部分之一。

发光二极管的工作原理

发光二极管的工作原理
发光二极管是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。

它主要由P型半导体和N型半导体组成的PN结构构成。

当两种半导体材料通过电流连接在一起时，P型半导体中的电子与N型半导体中的空穴重新组合，形成一个电子从能级较高的N型
半导体跃迁到能级较低的P型半导体，释放出能量的过程。

发光二极管的发光原理主要有两种：辐射复合和注入发光。

辐射复合是指当电子和空穴在PN结处重新组合时，其能量损
失以光的形式发出。

这种发光方式主要是利用半导体材料的能带结构造成电子从导带跃迁到价带的能量差，释放出光子能量。

注入发光是指在PN结的两侧加上正向电压，使得电子从N型区域注入到P型区域。

当电流通过时，注入的电子与P型区
域的空穴重新组合，释放出能量以光的形式发出。

发光二极管的发光颜色与所使用的半导体材料的能带宽度、能带间隙以及材料中的掺杂元素有关。

通过控制半导体材料的物理性质，可以实现不同波长的发光。

总之，发光二极管通过电子与空穴的辐射复合或注入发光现象，将电能转化为光能。

它具有体积小、功耗低、寿命长等优点，在照明、显示、通信等领域有着广泛的应用。

发光二极管的工作原理

发光二极管的工作原理发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，它能够将电能转化为光能，被广泛应用于各种光电产品中。

发光二极管的工作原理是基于半导体材料的特性和PN结的电子结构，通过激发电子跃迁来产生光。

本文将详细介绍发光二极管的工作原理及其相关知识。

首先，我们来了解一下发光二极管的基本结构。

发光二极管由P型半导体和N型半导体组成，它们通过PN结相连接。

当外加电压施加在PN结上时，电子和空穴将会在PN结区域聚集，形成电子空穴对。

当电子和空穴再结合时，会释放出能量，这些能量以光的形式辐射出来，从而产生发光现象。

其次，我们来解释一下发光二极管的工作原理。

在发光二极管的PN结中，P区域的载流子浓度较大，N区域的载流子浓度较小。

当外加正向电压时，P区域的电子将向N区域扩散，同时N区域的空穴将向P区域扩散。

在PN结区域，电子与空穴再结合时，会释放出能量，这些能量以光子的形式发射出来，从而产生发光。

这种发光的原理称为电子复合发光原理。

另外，发光二极管的发光颜色取决于半导体材料的能隙。

常见的发光二极管材料有红色、绿色、蓝色等。

对于红色LED，其发光原理是基于氮化镓（GaN）材料，其能隙为1.43电子伏特；对于绿色LED，其发光原理是基于磷化铟镓（InGaN）材料，其能隙为2.45电子伏特；对于蓝色LED，其发光原理是基于镓磷化铝（AlGaInP）材料，其能隙为2.1电子伏特。

通过控制半导体材料的能隙，可以实现不同颜色的发光二极管。

最后，发光二极管在实际应用中具有许多优点。

首先，它具有高效、低功耗、寿命长的特点，能够节能环保；其次，发光二极管具有快速响应、体积小、结构简单等特点，适用于各种小型化、便携式设备；此外，发光二极管还具有抗震动、抗冲击、抗干扰等特点，适用于恶劣环境下的使用。

总之，发光二极管通过半导体材料的特性和PN结的电子结构，实现了将电能转化为光能的工作原理。

它具有高效、低功耗、寿命长、快速响应等优点，被广泛应用于各种光电产品中。

量子阱的原理及应用

量子阱的原理及应用1. 什么是量子阱？量子阱是一种半导体结构，它能够在三维空间中限制电子和空穴的运动。

具体来说，它通过在两个高能障垒中夹杂一个较低能障垒，形成一个能级阱，用于限制电子和空穴的运动。

量子阱通常是由不同禁带宽度的半导体材料组成的。

这种结构使得电子在一个维度上受限，从而限制了它们的能量和动量。

2. 量子阱的原理量子阱的原理可以通过量子力学的基本原理来解释。

根据量子力学的波粒二象性，电子和空穴在量子阱中被限制在一个较小的空间范围内，并且它们的能级是量子化的，也就是离散的。

这个空间范围由高能障垒和低能障垒的宽度决定。

当电子或空穴尺寸接近量子阱的尺寸时，它们只能处于量子态，而无法处于经典的连续态。

3. 量子阱的应用量子阱的限制特性使得它在许多领域有着广泛的应用。

3.1 光电子学量子阱在光电子学中有着重要的应用。

由于电子在量子阱中的能级是量子化的，因此可以通过控制量子阱的结构来调整电子能级的间距。

这样就可以实现电子在不同能级间的跃迁，从而实现光的发射和吸收。

这种特性使得量子阱被应用于激光器、光电探测器等光学器件中。

3.2 量子计算量子阱也在量子计算领域发挥重要作用。

量子计算是一种基于量子力学原理的计算方法，可以在某些任务上比传统计算机更高效。

量子阱的量子特性使得它成为构建量子比特的理想平台之一。

通过在量子阱中控制电子的能级和自旋，可以实现量子比特的初始化、操作和读取，从而构建量子计算机的基本元件。

3.3 光子晶体量子阱还被应用于光子晶体的制备中。

光子晶体是一种具有周期性结构的材料，可以对光的传播进行控制。

量子阱的精确控制能使光子晶体具有特定的光学特性，例如禁带、光子带隙等。

这种特性使得光子晶体在光学通信、光学传感等领域具有广泛的应用前景。

4. 总结量子阱是一种通过限制电子和空穴运动的半导体结构。

它的原理基于量子力学的波粒二象性，通过在空间中形成垒障来限制能量和动量。

量子阱在光电子学、量子计算和光子晶体等领域都有着重要的应用。

红外成像技术试题解

红外系统噪声等效温差的机理即：当目标辐射源有温度增量 dT 时，探测器的输出产生相应的信号电压增量 dvs，当探测器的这个信号电压增量等效于探测器的噪声电压 vn 时，目标辐射源相应的温度增量 dT 便是红外系统可探测的目标辐射源最小温度差，即：红外系统的噪声等效温差。用热成像系统观察标准试验图案，图案上的目标与背景之间能使基准电路输出端产生峰值信号与均方根噪声之比为 1 时的温差，称为噪声等效温差。
半导体制成 P-N 结时由于存在浓度梯度电子与空穴相互扩散，在接触区域形成一个内建电场。光照这种半导体时由于半导体对光的吸收而产生了光生电子-空穴对，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现象就是光生伏特效应，利用光探测器是利用某些晶体材料的自发极化强度随温度而变化所产生的热释电效应制成的一种热敏型探测器。晶体受到辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间出现感应电荷，利用感应电荷的变化可测量光辐射的能量。
辐照度答：辐射源所发出的辐射功率照射到被照物体表面时，单位面积所接收的辐射功率的大小。单位时间内投射到单位面积上的辐射能量
辐射通量答：辐射通量单位时间内通过某一面积的所有电磁辐射（包括红外、紫外和可见光）总功率的度量，既可以指一辐射源发出辐射的功率，也可以指到达某一特定表面的辐射能量的功率单位时间内通过某一截面的辐射能辐射强度答：点辐射源在某方向上单位立体角内发射的辐射通量
光伏探测器答：利用半导体 PN 结光伏效应制成的器件称为光伏探测器当光照射 p-n 结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。结区内的电子空穴对在势垒区电场作用下这些非平衡载流子在内建电场的作用下运动；在开路状态，最后在 n 区边界积累光生电子，p 区积累光生空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即 p 区和 n 区之间产生了光生电压 Voc 即为半导体的光生伏效应

量子阱的原理

量子阱的原理量子阱是一种能够限制电子或其他粒子在空间中运动的结构。

它由两个高能势垒夹着一个低能势垒组成，形成一个类似于谷底的区域，使得粒子只能在这个区域内运动。

量子阱的核心原理是量子力学中的波粒二象性。

根据波粒二象性理论，粒子既可以存在粒子的特征，也可以表现出波动的特征。

比如，电子既可以看作是一个具有质量和电荷的粒子，也可以看作是一个波动的电磁波。

当粒子在量子阱中运动时，其波函数会发生量子叠加的现象。

波函数描述了粒子的状态和运动规律，而量子叠加则是多个波函数相互叠加形成的新的波函数。

在量子阱中，粒子的波函数受到周围的势能垒的限制，只能在势能垒之间运动。

由于势能垒的存在，粒子的动能和位能会发生相互转换的过程。

当粒子在高能势垒处运动时，其动能较大，位能较低；而在低能势垒处运动时，动能较小，位能较高。

由于动能和位能的关系满足薛定谔方程，因此在量子阱中，粒子的运动被描述为薛定谔方程的解。

薛定谔方程是一种描述量子力学系统的方程，它描述了粒子的波函数随时间和空间的变化规律。

量子阱可以用于制备一些重要的量子器件和量子效应。

由于量子阱能够限制粒子在空间中的运动，因此可以在其内部形成一些特殊的能级结构。

这些能级结构对于电子的能量分布和能级间距具有重要的影响，并且可以通过改变势垒的高度和宽度来调控。

通过调控量子阱的结构参数，可以制备各种量子器件。

比如，通过制备不同高度的势垒，可以实现电子在不同能级中的跃迁，从而制备出量子点激光器；通过制备不同宽度的势垒，可以实现电子的输运过程，从而制备出量子阱调制器等。

此外，量子阱还可以实现一些重要的量子效应，如量子束缚态、量子干涉效应、量子共振等。

这些量子效应不仅可以揭示量子力学的基本原理，还可以用于研究和应用于量子信息领域。

总之，量子阱的原理是通过构建势垒结构来限制粒子的运动，从而形成一种类似于谷底的区域。

粒子在量子阱中的运动受到波粒二象性和薛定谔方程的影响，从而形成特殊的能级结构和量子效应。

发光二极管原理

发光二极管原理发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，具有正向导通特性和发光特性。

它是一种固态发光器件，具有体积小、功耗低、寿命长、响应速度快等优点，被广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。

发光二极管的原理是基于半导体材料的电子结构和能级理论，下面将详细介绍发光二极管的工作原理。

1. PN结的发光原理。

发光二极管是由P型半导体和N型半导体通过PN结连接而成。

当外加正向电压时，P区的空穴和N区的自由电子被注入到PN结区域，由于P区和N区的载流子浓度差异，使得PN结区域形成了电子空穴复合区，电子通过与空穴复合释放出能量，产生光子，从而发光。

2. 电子能级跃迁的发光原理。

发光二极管中的半导体材料在外加电压的作用下，电子从低能级跃迁到高能级，当电子从高能级跃迁到低能级时，释放出能量，这些能量以光子的形式发射出来，产生可见光。

不同材料的能带宽度和能带结构决定了发光二极管发光的颜色和波长。

3. 发光二极管的发光颜色。

发光二极管的发光颜色取决于半导体材料的能带宽度和能带结构。

常见的发光颜色包括红色、绿色、蓝色等，通过不同材料的组合和掺杂可以实现多种颜色的发光。

此外，还可以通过外加滤光片来调节发光颜色和亮度。

4. 发光二极管的工作原理。

发光二极管的工作原理是基于半导体材料的电子结构和能级理论，当外加正向电压时，P区的空穴和N区的自由电子被注入到PN结区域，形成电子空穴复合区，电子通过与空穴复合释放出能量，产生光子，从而发光。

发光二极管具有正向导通特性和发光特性，可以将电能转化为光能，被广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。

5. 发光二极管的优点。

发光二极管具有体积小、功耗低、寿命长、响应速度快等优点，与传统光源相比，发光二极管具有更高的能效比和更长的使用寿命，可以实现节能减排和环保的目的。

此外，发光二极管还可以实现多种颜色的发光和可调光效果，具有较强的灵活性和可塑性。

总结。

发光二极管工作原理

发光二极管工作原理发光二极管( Light Emitting Diode, LED)，是一种半导体器件，可以将电能转化为光能，发出可见光、红外线、紫外线等不同波长的光。

广泛应用于室内照明、汽车、电子产品、医疗器械、信号指示、信息显示等领域。

发光二极管的工作原理与传统的普通二极管相似，但有很大的区别。

一、PN结介绍PN结是指半导体物质中注入种类相反的杂质形成的结构。

正极针对“抽去”的电子，有过多的空穴；负极针对“补进”的电子，有过多的自由电子。

当正负电极分别连接电源时，由于电子和空穴的补偿和重组，使得PN结内形成了一个势垒，这时PN结处会发生反向电流。

二、PN结有机体举例说明通过一个比较抽象的例子来说明PN结的工作原理：假设PN结是一个人的身体，N区为手臂，P区为腿，PN结就是胸口。

假设两手在发热，需要散热处理，那么从手臂流出气体，经过胸口，进入到腿中，从腿中依次流出。

如果我们希望反向流动气体，只需要在胸口处加一块隔板，防止气体从正向流动。

这时，只有在加热、变体温时才能反向流动。

三、发光二极管工作机制详述（1）PN结的名称LED设备中的PN结可以分为n - 型半导体和p型半导体。

在p型半导体中，空穴是主要的载流子；在n型半导体中，电子是主要的载流子。

在PN结附近，产生了几乎没有载流子而且带电的区域，称之为屏障区或空穴深度电位区。

（2）负载时的具体实现当n型半导体通电正极，p型半导体通电负极，产生电场力，使得电子从n型半导体向空穴深度电位区移动，这时发现这些电子会与空穴结合，发生夹杂复合。

这种释放出来的能量，被半导体吸收，产生恒定的波长较长的光。

从而实现了负载。

（3）发射光的颜色LED设备发射的光的颜色是通过所用的材料闪烁而定的。

p型半导体和n型半导体之间的能力差异变化时，从红色到紫色常见的组合结果如下图（色相图）：（4）发光原理图下图为LED的发光原理示意图，其中几乎没有带电荷的屏障区四、结语发光二极管( LED)的工作原理是基于PN结的射电原理。

量子阱(quantumwell)百科中学物理

量子阱（quantumwell）百科中学物理
当今社会是一个高速发展的信息社会。

生活在信息社会，就要不断地接触或获取信息。

如何获取信息呢?阅读便是其中一个重要的途径。

据有人不完全统计，当今社会需要的各种信息约有80%以上直接或间接地来自于图书文献。

这就说明阅读在当今社会的重要性。

还在等什么，快来看看这篇量子阱(quantumwell)百科中学物理吧~
量子阱（quantumwell）
量子阱(quantumwell)
量子阱是一种人工设计采用外延方法生长的半导体微结构。

其主要特性是电子(空穴，有时还包括光子)在空间上被限制在一个很薄的区域内运动，该区域的厚度小于电子的德布罗意波长，电子(空穴)行为表现出二维特征。

量子阱结构主要用于发光器件和光电探测器件。

和非量子阱结构相比，由于在量子阱中电子(空穴)相对比较集中(有时光子也比较集中)，所以有很高的量子效率，用于半导体激光器能大幅度降低阈值电流密度，增加输出功率。

量子阱结构中，与量子阱层相对的还有势垒层，用以限制电子(空穴)在垂直于阱面方向上的运动。

量子阱结构通常用分子束外延或金属有机物理气相淀积方法制备。

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红外线热成像仪和原理

红外线热成像仪和原理红外线热成像仪（Infrared Thermal Imaging）是一种利用目标物体发射的红外辐射来获取物体温度分布图像的仪器。

它可以将红外辐射转换为可见图像，实现无接触、非破坏、全天候、全方位的测温。

红外线热成像仪的工作原理基于热辐射定律，即物体的温度越高，发射的红外辐射也就越强。

红外线热成像仪通过红外探测器感受目标物体发出的红外辐射，并将信号转换成电信号进行处理，最后形成热像。

红外探测器是红外线热成像仪的核心部件，主要由感光元件、信号传导电路和图像处理电路组成。

红外探测器根据工作原理的不同，一般分为热电偶、金属氧化物半导体（Microbolometer）和量子阱（quantum well）等几种类型。

热电偶依靠温度变化引起的电动势，产生微弱电流，经过放大和转换，最终形成图像。

金属氧化物半导体通过红外光线的吸收造成材料温度升高，进而改变电阻值，用电阻变化来测量红外辐射。

量子阱探测器则是利用量子态能带的限制和光子吸收的特点来实现红外感受。

红外线热成像仪通过数组型红外探测器对感兴趣的目标进行扫描，同时计算其每个像素的温度数值，再以不同的颜色来显示，形成红外热图像。

红外热图像中，不同颜色的区域代表了不同温度的目标，可以直观地看到目标物体的温度分布情况。

红外热图像可以在夜间、恶劣天气条件下或者较远处远距离观测目标，具有广泛的应用前景。

红外线热成像仪应用于很多领域，如军事、建筑、安防、医疗、消防、工业、环境监测等。

在军事方面，红外热成像仪可以用于搜索目标、辅助打击和侦查敌人。

在建筑领域，可以检查建筑物的热效益，确保能源使用效率和安全。

在医疗领域，红外热成像仪可用于体温检测、乳腺癌筛查等，具有无创、方便、快速的优点。

总之，红外线热成像仪利用物体发出的红外辐射，将其转换为可见的热图像，展示出目标物体的温度分布情况。

其工作原理是基于红外辐射和热辐射定律。

红外线热成像仪在许多领域拥有广泛的应用，提供了无接触、非破坏、全天候、全方位的测温技术。

解析各种红外传感器的工作原理及特性

解析各种红外传感器的工作原理及特性红外线是一种人类肉眼看不见的光，所以，它具有光线的所有特性，所有高于绝对零度即－273℃的物质都可以产生红外线。

根据红外线的特性，红外线被应用于多种传感器中，比如红外温湿度传感器、人体红外探测器等等。

红外传感器也根据发出方式和能量转换方式分为不同的类型。

下面，让我们具体了解一下不同红外传感器的工作原理及特性。

根据发出方式不同，红外传感器可分为主动式和被动式两种。

一、主动红外传感器主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。

当遇到树叶、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，属于线形防范，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双受，最大限度的降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。

由于红外线属于环境因素不相干性良好（对于环境中的声响、雷电、振动、各类人工光源及电磁干扰源，具有良好的不相干性）的探测介质；同时也是目标因素相干性好的产品（只有阻断红外射束的目标，才会触发报警），所以主动式红外传感器将会得到进一步的推广和应用。

二、被动红外传感器被动红外传感器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。

传感器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。

红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

这种传感器是以探测人体辐射为目标的。

所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

被动红外传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

红外发光二极管的原理

红外发光二极管的原理
红外发光二极管是一种将电能转化为红外光能的电子元件。

它的工作原理与普通发光二极管相似，都是基于半导体材料的光电转换效应。

红外发光二极管的主要组成部分是P型和N型
半导体材料构成的PN结。

PN结两侧分别连接正向和反向电
压时的物理特性不同。

当正向电压施加在PN结上时，P型半导体区的空穴和N型半
导体区的电子被注入到空载区，这些载流子受到电场的作用被加速并不断碰撞。

当载流子的能量达到一定值时，会发生能带的跃迁，电子从高能级能带跃迁到低能级能带，释放出能量。

这些能量以光子的形式发出，形成红外光。

这个跃迁的能量差决定了所发光的波长。

在反向电压下，PN结处于截止状态，没有电流通过，也不会
发光。

红外发光二极管的发光效果与半导体材料的能带结构有关。

常用的半导体材料有砷化镓（GaAs）、砷化铟镓（InGaAs）等。

不同材料的能带宽度和能带间隔决定了红外发光的波长范围。

红外发光二极管在红外通信、红外遥控、红外传感器等领域有广泛应用。

通过控制正向电压的大小，可以调节红外发光的强度。

上转换发光的原理

上转换发光的原理LED（发光二极管）是一种半导体器件，通过在PN结施加正向电压时，电子和空穴结合并释放能量而产生光。

这种光的产生是通过发光二极管被激发后的扩散发射过程实现的，下面将详细介绍LED发光的原理。

1.PN结载流子的形成：LED的基本结构是由P型半导体和N型半导体构成的PN结。

在P区中，多数载流子是空穴；在N区中，多数载流子是电子。

当PN结上施加正向电压时，电子从N区向P区迁移，同时空穴从P区向N区迁移。

这个过程中，电子和空穴不断地结合，形成复合载流子。

2.载流子的再组合：在载流子形成的过程中，它们会在PN结中重新组合。

当电子和空穴重新结合时，它们会释放出能量。

这些能量以光的形式被释放出来。

3.发光的能带：在发光二极管中，有一个特殊的能带称为临界能带或考虑能带。

电子从N区跃迁到P区，或者空穴从P区跃迁到N区时，将穿过这个能带。

在穿越临界能带的过程中，发光二极管会发出可见光。

4.能带间的能量差：不同材料的LED发光颜色是由能带间的能量差决定的。

不同的能带间距离对应不同的波长和颜色。

例如，在红色LED中，能带间的能量差较小，对应较长波长；而在蓝色LED中，能带间的能量差较大，对应较短波长。

5.发光效率提升技术：为了提高LED的发光效率，人们通过不断研究和改进，发展出了一些发光效率提升技术。

例如，多量子阱结构可以增加载流子的再组合几率，从而提高发光效率；空间动态扩散可以减少光的吸收和反射，使其更容易从PN结中扩散出来。

总结起来，LED发光的原理是通过在PN结上施加正向电压使电子和空穴形成复合载流子，当这些载流子重新组合时，将释放出能量并以光的形式发出。

LED发光的颜色由能带间的能量差决定，不同的能量差对应不同的波长和颜色。

通过发光效率提升技术，LED的发光效率可以得到进一步提高。

量子阱半导体激光器的的基本原理及其应用

量子阱半导体激光器的的基本原理及其应用无研01 王增美（025310）摘要：本文主要阐述了量子阱及应变量子阱材料的能带结构，以及能态密度和载流子有效质量的变化对激光器阈值电流等参数的影响，简要说明了量子阱激光器中对光场的波导限制。

最后对量子阱半导体激光器的应用作了简要的介绍，其中重点是GaN 蓝绿光激光器的发展和应用。

引言半导体激光器自从1962年诞生以来，就以其优越的性能得到了极为广泛的应用，随着新材料新结构的不断涌现和制造工艺水平的不断提高，其各方面的性能也不断得到改善，应用范围也不在再局限于信息传输和信息存储，而是逐渐渗透到材料加工、精密测量、军事、医学和生物等领域，正在迅速占领过去由气体和固体激光器所占据的市场。

20世纪70年代的双异质结激光器、80年代的量子阱激光器和90年代出现的应变量子阱激光器是半导体激光器发展过程中的三个里程碑。

制作量子阱结构需要用超薄层的薄膜生长技术，如分子外延术（MBE ）、金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD ）、化学束外延（CBE ）和原子束外延等。

我国早在1974年就开始设计和制造分子束外延（MBE ）设备，而直到1986年才成功的制造出多量子阱激光器，在1992年中科院半导体所（ISCAS ）使用国产的MBE 设备制成的GRIN-SCH InGaAs/GaAs 应变多量子阱激光器室温下阈值电流为1.55mA ，连续输出功率大于30mW ，输出波长为1026nm [4]。

量子阱特别是应变量子阱材料的引入减少了载流子的一个自由度，改变了K 空间的能带结构，极大的提高了半导体激光器的性能，使垂直腔表面发射激光器成为现实，使近几年取得突破的GaN 蓝绿光激光器成为新的研究热点和新的经济增长点，并将使半导体激光器成为光子集成（PIC ）和光电子集成（OEIC ）的核心器件。

减少载流子一个自由度的量子阱已经使半导体激光器受益匪浅，再减少一个自由度的所谓量子线（QL ）以及在三维都使电子受限的所谓量子点（QD ）将会使半导体激光器的性能发生更大的改善，这已经受到了许多科学家的关注，成为半导体材料的前沿课题。

红外接收二极管工作原理

红外接收二极管工作原理
红外接收二极管是一种专门接收红外光信号的元件，其工作原理基于光电效应和PN结反向击穿。

红外接收二极管是一种半导体元件，材料通常采用硒化镉(CdSe)、铷硒(CsSe)、硒化铟(InSe)等材料。

当外界红外光照射到二极管的PN结时，由于晶体中的电子与空穴受到光的能量激发，跨越了带隙，进入导带；同时受到电场的作用，电子和空穴向相反方向运动，被聚集在PN 结的界面处。

这时，PN结将被反向偏置，当光照射到结时，通过光电效应，电子和空穴会被激发，当它们达到结附近时，就会经历反向偏压下的击穿过程。

具体地，当外界光照射到PN结时，PN结中的电场将光电子加速趋向到N区，在达到适当的能量后，它可克服PN结反向偏置对电流的阻力而进入PN结处，并与N区中的电子复合。

光电子的电荷贡献于导体处的电流，进而被检测出来，即可将光信号转变为电信号输出。

因此，红外接收二极管主要在于其工作原理利用了半导体材料的光电效应和PN结的反向击穿现象，具有高速度、高精度、高可靠性、易于集成等特点，在红外通信、消费电子、安防等领域被广泛应用。