光電技術第3講課件

光電技術第三講某些物質吸收光子的能量產(chǎn)生本征吸收或雜質吸收，從而改變物質電導率的現(xiàn)象，稱為物質的光電導效應。利用具有光電導效應的材料（本征半導體硅、鍺等，雜質半導體、硫化鎘、硒化鎘、氧化鉛等）可以制成電導率隨入射光度量變化的器件，稱為光電導器件或光敏電阻。光敏電阻具有體積小、堅固耐用、價格低廉、光譜響應范圍寬等優(yōu)點，廣泛應用于微弱輻射信號的探測領域。光電導器件光敏電阻的原理與結構光敏電阻的基本原理光敏電阻的原理圖和符號如圖所示。在均勻具有光電導效應的半導體材料的兩端加上電極，便構成光敏電阻。光敏電阻的基本結構光敏電阻在微弱輻射作用下，光電導靈敏度與光敏電阻兩極間的距離的平方成反比。強輻射作用下，靈敏度與兩電極間的二分之三次方成反比。因此靈敏度與兩電極間的距離有較大的關系。為提高靈敏度，應盡量縮短光敏電阻兩電極間的距離。此為光敏電阻結構設計的基本原則。三種結構的光敏電阻。梳狀電極蛇形光敏面的刻線式光敏材料加電極典型的光敏電阻CdS光敏電阻該電阻是最常見的光敏電阻，其光譜響應特性接近人眼的光譜光視效率V(λ)，可見其在可見光波段范圍內的靈敏度最高，因此被廣泛應用于燈光自動控制，以及照相機的自動測光等方面。CdS光敏電阻制備方法：蒸發(fā)、燒結或粘接一般會將CdS與CdSe配合使用?；蛟贑dS中加入Cu或Cl，使其同時具有本征和雜質半導體器件的特性。使光敏電阻的探測范圍向紅外波段延伸，峰值響應波長也延長。CdS光敏電阻的峰值響應波長為0.52um，CdSe光敏電阻的峰值響應波長為0.72um，通過調整S和Se的配比，使光敏電阻的峰值響應變化，達到與人眼相近的波長。CdS光敏電阻一般制成蛇形光敏面結構。下表一列出了該光敏電阻的特性參數(shù)。PbS光敏電阻是近紅外波段最靈敏的光電導器件。采用蒸發(fā)或化學沉積方法制備，多制成厚度為um量級的多晶或單晶膜。PbS的峰值響應波長在2um，常用于火災等探測。PbS的響應范圍及比探測率等特性與工作溫度有關，隨著工作溫度的降低，其峰值響應波長和長波限向長波方向移動，且比探測率增加。室溫下：1-3.5um,峰值波長為2.4um195K時，1-4um,峰值波長達到2.8umInSb光敏電阻波長范圍為3-5um的主要探測器件之一，單晶材料制備，工藝成熟，切片，磨片，拋光后，腐蝕減薄。大面積器件適合制作成陣列室溫下長波限可達7.5um，峰值波長在6um77K時，長波限縮短至5.5um，峰值波長也移至5um。恰為大氣窗口。光敏電阻的基本特性光敏電阻為多數(shù)電子導電的光電敏感器件，其特性與其他光電器件的差別表現(xiàn)在它的基本特性參數(shù)上。光敏電阻的基本特性參數(shù)包括光電特性，伏安特性，溫度特性，時間響應，噪聲特性等。光電特性暗電導：光敏電阻在黑暗室溫條件下，由于熱激發(fā)產(chǎn)生載流子使其具有一定的電導。暗電導一般很小光電導：當有光照射光敏面上時，電導將變大，稱為光電導光敏電阻的光電特性:電導隨光照量變化越大的光敏電阻，其靈敏度越高，這個特性稱為光敏電阻的光電特性除兩種極端光照條件:弱和強外，還有一般照射條件下，電導隨光照變化的情況?？捎迷诤愣妷合铝鬟^光敏電阻的電流與作用其上的光照度E的關系曲線來描述。由線性漸變?yōu)榉蔷€性。伏安特性光敏電阻的本質是電阻，符合歐姆定律，因此具有與普通電阻相似的伏安特性，但是它電阻值是隨入射光量的變而變化的。測出不同光照條件下加在光敏電阻兩端電壓U與流過其電流I的關系曲線，稱為光敏電阻的伏安特性曲線。虛線為允許功耗線或額定功耗線，使用時，設計光敏電阻的變換電路時，使光敏電阻工作在虛線范圍內。溫度特性光敏電阻為多數(shù)載流子導電的光電器件。溫度特性復雜。溫度特性與光電導材料有密切關系。不同材料的光敏電阻有不同的溫度特性。圖中為CdS和CdSe光敏電阻在不同照度下的溫度特性曲線。以室溫的相對光電導率為100%，觀測光敏電阻的相對光電導率隨溫度變化關系。可以看出，光敏電阻的相對光電導率隨溫度升高而下降，光電響應特性隨著溫度的變化較大。因此在溫度變化較大的場合，應采取制冷措施。降低或控制光敏電阻的工作溫度是提高光敏電阻工作穩(wěn)定性的有效辦法。對紅外波長紅外輻射探測的領域更為重要。時間響應光敏電阻的時間響應又稱為慣性，比其他光電器件要差，即慣性大些。頻率響應低一些。當用一個理想方波脈沖照射光敏電阻時，光生電子要有產(chǎn)生的過程，光生電導率要經(jīng)過一定時間才能達到穩(wěn)定，當停止輻射時，復合光生載流子也需要時間消失，因此表現(xiàn)出較大的慣性。噪聲特性熱噪聲：光敏電阻內載流子的熱運動產(chǎn)生的噪聲稱為熱噪聲或稱Johson噪聲產(chǎn)生復合噪聲：光敏電阻的產(chǎn)生復合噪聲與其平均電流有關低頻噪聲：光敏電阻會在偏置電壓作用下產(chǎn)生信號光電流，由于光敏層內微粒的不均勻性，或體內存有雜質，會產(chǎn)生微火花放電現(xiàn)象，從而引起電爆脈沖，是低頻噪聲的來源。光敏電阻的變換電路光敏電阻的阻值或電導隨入射