半導體是制冷型紅外探測器的關鍵材料之一，半導體材料的價帶與導帶間存在帶隙，其能量間隔為Eg,制冷型紅外探測器在接收紅外光輻射后，會給價帶中的電子提供一定的光子能量Hv，當Hv≥Eg,價帶電子會躍遷至導帶，從而產生導電的電子·空穴對，該反應又被稱為本征光電導效應。

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制冷型紅外探測器通過紅外光的入射，可直接產生光電導效應，電導率發生改變，探測器中的電子直接吸收光子的能量，使運動狀態發生變化而產生電信號，根據工作原理不同可分為光伏型探測器和光導型探測器。

光伏型探測器的工作原理在于當探測器受到紅外光輻射后，產生本征光吸收，產生兩種帶相反電荷的光生載流子（電子和空穴）。這兩種光生載流子一開始僅局限于光照區,隨后由于存在濃度梯度，光生載流子會部分擴散到PN結區，形成穩定得的內建電場，在PN結內建電場的作用下，分別聚集到結的兩端，形成電流信號。主要的光伏型紅外探測器有InSb探測器、InAs探測器、PbSnTe探測器、HgCdTe探測器等。

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光導型紅外探測器的工作原理就是探測器在接收紅外光輻射后，材料上產生導電的電子·空穴對，變為能導電的自由狀態，導電率增加，這種現象叫光電導現象。主要光導探測器有PbS探測器、PbSe探測器等。

具體應用中，光導型探測器屬于光敏電阻，光伏型探測器是光電二極管；光導型探測器輸出的是電壓（U），光伏型探測器輸出的是電流（I）；光導型探測器必須加前置放大器，而光伏型探測器則不用；光導型探測器使用時需要加偏置電壓，而光伏型探測器則不需要；光導型探測器在做氣體分析時必須進行光源調制，而光伏型探測器則不需要；光伏型探測器比光導型探測器線性好、探測率高。