光电探测器(光敏电阻与光电二极管)
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1.3.2光电发射效应
在光照下，物体向表面以外空间发射电子（即光电子）的现象称为光电发射效应。能产生光电发射效应的物体称为光电发射体，在光电管中又称为光阴极。
著名的爱因斯坦方程描述了该效应的物理原理和产生条件。爱因斯坦方程是
式中， ，是电子离开发射体表面时的动能，m是电子质量， 是电子离开时的速度； 是光子能量； 是光电发射体的功函数。该式的物理意义是：如果发射体内的电子所吸收的光子的能量h 大于发射体的功函数 的值，那么电子就能以相应的速度从发射体表面逸出。光电发射效应发生的条件为
以上我们说明了三种光子效应，下面我们再说明两种常用的光热效应。
1.3.5温差电效应
当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体），两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。回路中就有电流流通。如图1. 3一4所示，如果我们把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照熔接端（称为电偶接头）时，吸收光能使电偶接头温度升高，电表A就有相应的电流读数，电流的数值就间接反应了光照能量大小。这就是用热电偶来探测光能的原理。实用中，为了提高测量灵敏度，常将若干个热电偶串联起来使用，称为热电堆，它在激光能量计中获得应用。
（1 .3一7）
式中e是电子电荷量。如果半导体的截而积是A，则其电导（亦称为热平衡暗电导）G为
（1 .3一8）
所以半导体的电阻 （亦称暗电阻）为
式中 是其电阻率（Ω cm）。
现在我们说明半导体的概念。参看图1.3-1，光辐射照射外加电压的半导体。
图1.3-1说明光电导用图
如果光波长 满足如下条件:
式中， 是禁带宽度， 是杂质能带宽度。那么光子将在其中产生出新的载流子（电子和空穴）。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量△n和△p。这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子，我们现在称之为光生载流子。显然，△P和△n将使半导体的电导增加一个量△G，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体就分别称为本征和杂质光电导。
这个内部电势垒可以是PN结、PIN结、肖特基势垒结以及异质结等。这里主要讨论PN结的光伏效应，它不仅最简单，而且是基础。其它结的情况放在以后说明。
我们知道，PN结的基本特征是它的电学不对称性，在结区有一个从N侧指向P侧的内建电场存在。热平衡下，多数载流子（N侧的电子和P侧的空穴）的扩散作用与少数载流子（N侧的空穴和P侧的电子）由于内电场的漂移作用相互抵消，没有净电流通过PN结。用电压表量不出PN结两端有电压，称为零偏状态。如果PN结正向偏置（P区接正，N区接负），则有较大正向电流通过PN结。如果PN结反向电压偏置（P区接负，N区接正），则有一很小的反向电流通过PN结，这个电流在反向击穿前几乎不变，称为反向饱和电流。PN结的这种伏安特性如图1. 3一2所示。
综合上述，光照零偏PN结产生开路电压的效应，称为光伏效应。这也是光电池的工作原理。
图1.3一3光生伏特效应
在光照反偏条件下工作时，观测到的光电信号是光电流，而不是光电压，这便是结型光电探测器的工作原理。从这个意义上说，反偏PN结在光照下好像是以光电导方式工作，但实质上两者的工作原理是根本不同的。反偏PN结通常称为光电二极管。
图1.3一2PN结及其伏安特性
图中还给出了PN结电阻随偏置电压的变化曲线。PN结的伏安特性为
式中 是（指无光照）暗电流， 是反向饱和电流，指数因子中的e是电子电荷量，u是偏置电压（正向偏置为正，反向偏置为负）， 是玻耳兹曼常数，T是绝对温度。在零偏置情况下，PN结的电阻 为
此时i=0，所以PN结的开路电压为0。
内光电效应
（1）光电导（本征和非本征）
（2）光生伏特
PN结和PIN结（零偏）
PN结和PIN结（反偏）
雪崩
肖特基势垒
异质结
（3）光电磁
光子牵引
光导管或光敏电阻
光电池
光电二极普
雪崩光电二极普
肖特基势辛光电二极管
光电磁探测器
光子牵引探测器
表1.3.1（b）光热效应分类
效应
相应的探测器
（1）测辐射热计
负电阻温度系数
在零偏条件下，如果照射光的波长 满足条件
（1 .3一19）
那么，无论光照N区或P区，都会激发出光生电子一空穴对。例如光照P区，如图1.3一3所示。由于P区的多数载流子是空穴，光照前热平衡空穴浓度本来就比较大，因此光生空穴对P区空穴浓度影响很小。相反地，光生电子对P区的电子浓度影响很大，从P区表面（吸收光能多，光生电子多）向区内自然形成电子扩散趋势。如果P区的厚度小于电子扩散长度，那么大部分光生电子都能扩散进PN结，一进入PN结，就被内电场扫向N区。这样，光生电子一空穴对就被内电场分离开来，空穴留在P区，电子通过扩散流向N区。这时用电压表就能量出P区正N区负的开路电压。），称为光生伏特效应。如果用一个理想电流表接通PN结，则有电流 通过，称为短路光电流。显然
效应
相应的探测器
（1）测辐射热计
负电阻温度系数
正电阻温度系数
超导
（2）温差电
（3）热释电
（4）其它
热敏电阻测辐射热训
金属测辐射热计
超导远红外探测器
热电偶、热电堆
热释电探测器
高莱盒，液晶等
——
1. 3. 1光子效应和光热效应
在具体说明各种物理效应之前，我们首先说明一下光子效应和光热效应的物理实质有什么不同。
1. 3光电探测器的物理基础
我们知道，要探知一个客观事物的存在及其特性，一般都是通过测量对探测者所引起的某种效应来完成的。在光电子技术领域，凡是能把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件，就叫做光电探测器。从近代测量技术看，电量不仅最方便，而且最精确。所以，大多数光探测器都是把光辐射量转换成电量来实现对光辐射的探测的。即便直接转换量不是电量，通常也总是把非电量（如温度、体积等）再转换为电量来实施测量从这个意义上说，凡是把光辐射量转换为电量（电流或电压）的光探测器，都称为光电探测器。很自然，了解光辐射对光电探测器产生的物理效应是了解光探测器工作的基础。
M称为光电导体的电流增益。以N型半导体为例，我们可以清楚地看出它的物理意义。现在，式（1. 1一14）变为
将式（1.1-6）代入上式，有
式中， 是电子在外电场作用下渡越半导体长度L所花费的时间，称为渡越时间。如果渡越时间 小于电子平均寿命 ，则M> 1，就有电流增益效果。
1.3.4光伏效应
如果光导现象是半导体材料的体效应，那么光伏现象则是半导体材料的“结”效应。也就是说，实现光伏效应需要有内部电势垒，当照射光激发出电子一空穴对时，电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。
图1.3-4温差电效应
1.3.6热释电效应
热释电效应是通过所谓的热电材料实现的。热电材料是一种电介质，是绝缘体。再详细一点说，它是一种结晶对称性很差的压电晶体，因而在常温下具有自发电极化（即固有电偶极矩）。由电磁理论可知，在垂直于电极化矢量 的材料表而上出现而束缚电荷，而电荷密度， 。由于晶体内部自发电极化矢量排列混乱，因而总的 并不大。再加上材料表而附近分布的外部自由电荷的中和作用，通常察觉不出有而电荷存在。如果对热电体施加直流电场，自发极化矢量将趋于一致排列（形成单畴极化），总的 加大。当电场去掉后，如果总的 仍能保持下去，这种热电体有时便称为热电一铁电体。它是实现热释电现象的理想材料。
对本征情况，如果光辐射每秒钟产生的光电子一空穴对数为N，则
式中，AL为半导体总体积， 和 ，为电子和空穴的平均寿命。于是由式（1.3一8）有
式中 表示光辐射每秒钟激发的电荷量。另一方而，由于△G的增量将使外回路电流产生增量△i，即
式中u是端电压。从该式可见，电流增量△i不等于每秒钟光激发的电荷量eN，于是定义
我们知道，金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量的自由电子自由电子浓度n了是个常量，不受外界因素影响。半导体和金属的导电机构完全不同，在0 K时，导电载流子浓度为零。在0 K以上，由于热激发而不断产生热生载流子（电子和空穴），它在扩散过程中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在导带和满带中维持着一个热平衡的电子浓度n和空穴浓度p，它们的平均寿命分别用 和 ，表示。无论何种半导体材料，下式一定成立：
正电阻温度系数
超导
（2）温差电
（3）热释电
（4）其它
热敏电阻测辐射热训
金属测辐射热计
超导远红外探测器
热电偶、热电堆
热释电探测器
高莱盒，液晶等
表1.1（a）光子效应分类
效应
相应的探测器
外光电效应
（1）光阴极发射光电子
正电子亲和势光阴极
负电子亲和势光阴极
（2）光电子倍增
气体繁流倍增
打拿极倍增
通道电子倍增
用波长 表示时有
式中大于和小于表示电子逸出表而的速度大于零，等号则表示电子以零速度逸出，即静止在发射体表而上。这里 和 分别称为产生光电发射的入射光波的截止频率和较长的光辐射产生光电发射效应。
3. 3光电导效应
光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。在说明光电导效应之前，我们先讨论一下半导体材料的电导概念。
光电管
——
——
——
充气光电管
光电倍增普
像增强普
内光电效应
（1）光电导（本征和非本征）
（2）光生伏特
PN结和PIN结（零偏）
PN结和PIN结（反偏）
雪崩
肖特基势垒
异质结
（3）光电磁
光子牵引
光导管或光敏电阻
——
光电池
光电二极普
雪崩光电二极普
肖特基势辛光电二极管
——
光电磁探测器
光子牵引探测器
表1.1（b）光热效应分类
光电探测器的物理效应通常分为两大类：光子效应和光热效应。在每一大类中，又可分为若干细目，如表1.3.1所列。
表1.3.1（a）光子效应分类
效应
相应的探测器
外光电效应
（1）光阴极发射光电子
正电子亲和势光阴极
负电子亲和势光阴极
（2）光电子倍增
气体繁流倍增
打拿极倍增
通道电子倍增
光电管
充气光电管
光电倍增普
像增强普
1引言
自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时，电子学也突飞猛进地向前发展。光学和电子学紧密联合形成了光电子学这一崭新的学科。由此发展起来的光电子高新技术，已深入到人们生活的各个领域，从光纤通信，镭射唱盘到海湾战争中的现代化武器，都和光电子技术密切相关。而光电探测器则是光电子系统中不可缺少的重要器件。可以毫不夸大地说，没有光电探测器件，就没有今天的光电子学系统。
所谓光子效应。是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后。直接引起原子或分子内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为光子能量是 ，所以光子效应就对光波频率表现出选择性在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。
光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测器元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其它物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量 的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性，只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就越强烈，所以广泛用于对红外辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。值得注意的是，谓热释电效应是响应与材料的温度变化率，比其它光热效应的响应速度要快得多，并己获得日益广泛的应用。
（1 .3一5）
式中 了是响应温度下本征半导体中的本征热生载流子浓度。这说明，在N型或P型半导体中，一种浓度增大，另一种浓度就减少，但绝不会减少到零。
在外电场E的作用下，载流子产生漂移运动，漂移速度 和电场E之比定义为载流子迁移率 ，即有
（1 .3一6）
式中，u是端电压，L是电场方向半导体的长度。载流子的漂移运动效果用半导体的电导率 来描述，定义为
现在我们来说明什么是热释电现象。热电体的 决定了而电荷密度 的大小。当 发生变化时，而电荷密度也跟着变化。经过单畴化的热电体，保持有较大的 。这个 值是温度的函数，如图1. 3一5所示。温度升高 减小。升高到 值时，自发极化突然消失， ，称为居里温度。在 温度以下，才有热释电现象。当强度变化的光照射热电体时，热电体的温度发生变化， 亦发生变化，而电荷从原来的平衡值跟着发生变化。十分重要的是，热释电体表而附近的自由电荷对而电荷的中和作用比较缓慢，一般在1 1000 s量级。好的热电体，这个过程很慢。在来不及中和之前，热电体侧表而就呈现出相应于温度变化的而电荷变化，这就是热释电现象。如果把热电体放进一个电容器极板之间，把一个电流表与电容两端相接，就会有电流流过电流表，这个电流称为短路热释电流。如果极板而积为A，则电流为
在光照下，物体向表面以外空间发射电子（即光电子）的现象称为光电发射效应。能产生光电发射效应的物体称为光电发射体，在光电管中又称为光阴极。
著名的爱因斯坦方程描述了该效应的物理原理和产生条件。爱因斯坦方程是
式中， ，是电子离开发射体表面时的动能，m是电子质量， 是电子离开时的速度； 是光子能量； 是光电发射体的功函数。该式的物理意义是：如果发射体内的电子所吸收的光子的能量h 大于发射体的功函数 的值，那么电子就能以相应的速度从发射体表面逸出。光电发射效应发生的条件为
以上我们说明了三种光子效应，下面我们再说明两种常用的光热效应。
1.3.5温差电效应
当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体），两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。回路中就有电流流通。如图1. 3一4所示，如果我们把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照熔接端（称为电偶接头）时，吸收光能使电偶接头温度升高，电表A就有相应的电流读数，电流的数值就间接反应了光照能量大小。这就是用热电偶来探测光能的原理。实用中，为了提高测量灵敏度，常将若干个热电偶串联起来使用，称为热电堆，它在激光能量计中获得应用。
（1 .3一7）
式中e是电子电荷量。如果半导体的截而积是A，则其电导（亦称为热平衡暗电导）G为
（1 .3一8）
所以半导体的电阻 （亦称暗电阻）为
式中 是其电阻率（Ω cm）。
现在我们说明半导体的概念。参看图1.3-1，光辐射照射外加电压的半导体。
图1.3-1说明光电导用图
如果光波长 满足如下条件:
式中， 是禁带宽度， 是杂质能带宽度。那么光子将在其中产生出新的载流子（电子和空穴）。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量△n和△p。这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子，我们现在称之为光生载流子。显然，△P和△n将使半导体的电导增加一个量△G，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体就分别称为本征和杂质光电导。
这个内部电势垒可以是PN结、PIN结、肖特基势垒结以及异质结等。这里主要讨论PN结的光伏效应，它不仅最简单，而且是基础。其它结的情况放在以后说明。
我们知道，PN结的基本特征是它的电学不对称性，在结区有一个从N侧指向P侧的内建电场存在。热平衡下，多数载流子（N侧的电子和P侧的空穴）的扩散作用与少数载流子（N侧的空穴和P侧的电子）由于内电场的漂移作用相互抵消，没有净电流通过PN结。用电压表量不出PN结两端有电压，称为零偏状态。如果PN结正向偏置（P区接正，N区接负），则有较大正向电流通过PN结。如果PN结反向电压偏置（P区接负，N区接正），则有一很小的反向电流通过PN结，这个电流在反向击穿前几乎不变，称为反向饱和电流。PN结的这种伏安特性如图1. 3一2所示。
综合上述，光照零偏PN结产生开路电压的效应，称为光伏效应。这也是光电池的工作原理。
图1.3一3光生伏特效应
在光照反偏条件下工作时，观测到的光电信号是光电流，而不是光电压，这便是结型光电探测器的工作原理。从这个意义上说，反偏PN结在光照下好像是以光电导方式工作，但实质上两者的工作原理是根本不同的。反偏PN结通常称为光电二极管。
图1.3一2PN结及其伏安特性
图中还给出了PN结电阻随偏置电压的变化曲线。PN结的伏安特性为
式中 是（指无光照）暗电流， 是反向饱和电流，指数因子中的e是电子电荷量，u是偏置电压（正向偏置为正，反向偏置为负）， 是玻耳兹曼常数，T是绝对温度。在零偏置情况下，PN结的电阻 为
此时i=0，所以PN结的开路电压为0。
内光电效应
（1）光电导（本征和非本征）
（2）光生伏特
PN结和PIN结（零偏）
PN结和PIN结（反偏）
雪崩
肖特基势垒
异质结
（3）光电磁
光子牵引
光导管或光敏电阻
光电池
光电二极普
雪崩光电二极普
肖特基势辛光电二极管
光电磁探测器
光子牵引探测器
表1.3.1（b）光热效应分类
效应
相应的探测器
（1）测辐射热计
负电阻温度系数
在零偏条件下，如果照射光的波长 满足条件
（1 .3一19）
那么，无论光照N区或P区，都会激发出光生电子一空穴对。例如光照P区，如图1.3一3所示。由于P区的多数载流子是空穴，光照前热平衡空穴浓度本来就比较大，因此光生空穴对P区空穴浓度影响很小。相反地，光生电子对P区的电子浓度影响很大，从P区表面（吸收光能多，光生电子多）向区内自然形成电子扩散趋势。如果P区的厚度小于电子扩散长度，那么大部分光生电子都能扩散进PN结，一进入PN结，就被内电场扫向N区。这样，光生电子一空穴对就被内电场分离开来，空穴留在P区，电子通过扩散流向N区。这时用电压表就能量出P区正N区负的开路电压。），称为光生伏特效应。如果用一个理想电流表接通PN结，则有电流 通过，称为短路光电流。显然
效应
相应的探测器
（1）测辐射热计
负电阻温度系数
正电阻温度系数
超导
（2）温差电
（3）热释电
（4）其它
热敏电阻测辐射热训
金属测辐射热计
超导远红外探测器
热电偶、热电堆
热释电探测器
高莱盒，液晶等
——
1. 3. 1光子效应和光热效应
在具体说明各种物理效应之前，我们首先说明一下光子效应和光热效应的物理实质有什么不同。
1. 3光电探测器的物理基础
我们知道，要探知一个客观事物的存在及其特性，一般都是通过测量对探测者所引起的某种效应来完成的。在光电子技术领域，凡是能把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件，就叫做光电探测器。从近代测量技术看，电量不仅最方便，而且最精确。所以，大多数光探测器都是把光辐射量转换成电量来实现对光辐射的探测的。即便直接转换量不是电量，通常也总是把非电量（如温度、体积等）再转换为电量来实施测量从这个意义上说，凡是把光辐射量转换为电量（电流或电压）的光探测器，都称为光电探测器。很自然，了解光辐射对光电探测器产生的物理效应是了解光探测器工作的基础。
M称为光电导体的电流增益。以N型半导体为例，我们可以清楚地看出它的物理意义。现在，式（1. 1一14）变为
将式（1.1-6）代入上式，有
式中， 是电子在外电场作用下渡越半导体长度L所花费的时间，称为渡越时间。如果渡越时间 小于电子平均寿命 ，则M> 1，就有电流增益效果。
1.3.4光伏效应
如果光导现象是半导体材料的体效应，那么光伏现象则是半导体材料的“结”效应。也就是说，实现光伏效应需要有内部电势垒，当照射光激发出电子一空穴对时，电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。
图1.3-4温差电效应
1.3.6热释电效应
热释电效应是通过所谓的热电材料实现的。热电材料是一种电介质，是绝缘体。再详细一点说，它是一种结晶对称性很差的压电晶体，因而在常温下具有自发电极化（即固有电偶极矩）。由电磁理论可知，在垂直于电极化矢量 的材料表而上出现而束缚电荷，而电荷密度， 。由于晶体内部自发电极化矢量排列混乱，因而总的 并不大。再加上材料表而附近分布的外部自由电荷的中和作用，通常察觉不出有而电荷存在。如果对热电体施加直流电场，自发极化矢量将趋于一致排列（形成单畴极化），总的 加大。当电场去掉后，如果总的 仍能保持下去，这种热电体有时便称为热电一铁电体。它是实现热释电现象的理想材料。
对本征情况，如果光辐射每秒钟产生的光电子一空穴对数为N，则
式中，AL为半导体总体积， 和 ，为电子和空穴的平均寿命。于是由式（1.3一8）有
式中 表示光辐射每秒钟激发的电荷量。另一方而，由于△G的增量将使外回路电流产生增量△i，即
式中u是端电压。从该式可见，电流增量△i不等于每秒钟光激发的电荷量eN，于是定义
我们知道，金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量的自由电子自由电子浓度n了是个常量，不受外界因素影响。半导体和金属的导电机构完全不同，在0 K时，导电载流子浓度为零。在0 K以上，由于热激发而不断产生热生载流子（电子和空穴），它在扩散过程中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在导带和满带中维持着一个热平衡的电子浓度n和空穴浓度p，它们的平均寿命分别用 和 ，表示。无论何种半导体材料，下式一定成立：
正电阻温度系数
超导
（2）温差电
（3）热释电
（4）其它
热敏电阻测辐射热训
金属测辐射热计
超导远红外探测器
热电偶、热电堆
热释电探测器
高莱盒，液晶等
表1.1（a）光子效应分类
效应
相应的探测器
外光电效应
（1）光阴极发射光电子
正电子亲和势光阴极
负电子亲和势光阴极
（2）光电子倍增
气体繁流倍增
打拿极倍增
通道电子倍增
用波长 表示时有
式中大于和小于表示电子逸出表而的速度大于零，等号则表示电子以零速度逸出，即静止在发射体表而上。这里 和 分别称为产生光电发射的入射光波的截止频率和较长的光辐射产生光电发射效应。
3. 3光电导效应
光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。在说明光电导效应之前，我们先讨论一下半导体材料的电导概念。
光电管
——
——
——
充气光电管
光电倍增普
像增强普
内光电效应
（1）光电导（本征和非本征）
（2）光生伏特
PN结和PIN结（零偏）
PN结和PIN结（反偏）
雪崩
肖特基势垒
异质结
（3）光电磁
光子牵引
光导管或光敏电阻
——
光电池
光电二极普
雪崩光电二极普
肖特基势辛光电二极管
——
光电磁探测器
光子牵引探测器
表1.1（b）光热效应分类
光电探测器的物理效应通常分为两大类：光子效应和光热效应。在每一大类中，又可分为若干细目，如表1.3.1所列。
表1.3.1（a）光子效应分类
效应
相应的探测器
外光电效应
（1）光阴极发射光电子
正电子亲和势光阴极
负电子亲和势光阴极
（2）光电子倍增
气体繁流倍增
打拿极倍增
通道电子倍增
光电管
充气光电管
光电倍增普
像增强普
1引言
自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时，电子学也突飞猛进地向前发展。光学和电子学紧密联合形成了光电子学这一崭新的学科。由此发展起来的光电子高新技术，已深入到人们生活的各个领域，从光纤通信，镭射唱盘到海湾战争中的现代化武器，都和光电子技术密切相关。而光电探测器则是光电子系统中不可缺少的重要器件。可以毫不夸大地说，没有光电探测器件，就没有今天的光电子学系统。
所谓光子效应。是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后。直接引起原子或分子内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为光子能量是 ，所以光子效应就对光波频率表现出选择性在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。
光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测器元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其它物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量 的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性，只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就越强烈，所以广泛用于对红外辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。值得注意的是，谓热释电效应是响应与材料的温度变化率，比其它光热效应的响应速度要快得多，并己获得日益广泛的应用。
（1 .3一5）
式中 了是响应温度下本征半导体中的本征热生载流子浓度。这说明，在N型或P型半导体中，一种浓度增大，另一种浓度就减少，但绝不会减少到零。
在外电场E的作用下，载流子产生漂移运动，漂移速度 和电场E之比定义为载流子迁移率 ，即有
（1 .3一6）
式中，u是端电压，L是电场方向半导体的长度。载流子的漂移运动效果用半导体的电导率 来描述，定义为
现在我们来说明什么是热释电现象。热电体的 决定了而电荷密度 的大小。当 发生变化时，而电荷密度也跟着变化。经过单畴化的热电体，保持有较大的 。这个 值是温度的函数，如图1. 3一5所示。温度升高 减小。升高到 值时，自发极化突然消失， ，称为居里温度。在 温度以下，才有热释电现象。当强度变化的光照射热电体时，热电体的温度发生变化， 亦发生变化，而电荷从原来的平衡值跟着发生变化。十分重要的是，热释电体表而附近的自由电荷对而电荷的中和作用比较缓慢，一般在1 1000 s量级。好的热电体，这个过程很慢。在来不及中和之前，热电体侧表而就呈现出相应于温度变化的而电荷变化，这就是热释电现象。如果把热电体放进一个电容器极板之间，把一个电流表与电容两端相接，就会有电流流过电流表，这个电流称为短路热释电流。如果极板而积为A，则电流为