S2光電探測(cè)器件

S2光電探測(cè)器件第1頁/共35頁2內(nèi)光電效應(yīng)型探測(cè)器42光電探測(cè)器件第2頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第2頁/共35頁32.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測(cè)器內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)（均質(zhì)型光電器件）半導(dǎo)體中束縛電荷接收光子能量后離開平衡位置，進(jìn)入導(dǎo)電能帶，改變了半導(dǎo)體中非平衡載流子的濃度，從而影響其導(dǎo)電性能。光生伏特效應(yīng)（結(jié)型光電器件）光生電子聚集在PN結(jié)附近，改變平衡狀態(tài)下的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度，形成光生電動(dòng)勢(shì)。

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牛牛文庫文檔分享第3頁/共35頁42.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測(cè)器2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器光敏電阻2.4.2pn結(jié)光伏探測(cè)器的工作模式2.4.3光電池2.4.4光電二極管與光電三極管2.4.5特殊結(jié)型光電二極管第4頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第4頁/共35頁52.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器光敏電阻阻值對(duì)光照特別敏感，是一種典型的利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件。對(duì)于本征型，可用來檢測(cè)可見光和近紅外輻射對(duì)于非本征型可以檢測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的輻射第5頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第5頁/共35頁62.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器第6頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第6頁/共35頁72.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器結(jié)構(gòu)：由一塊涂在絕緣基底上的光電導(dǎo)材料薄膜和兩端接有兩個(gè)引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。電極和光電導(dǎo)體之間呈歐姆接觸。光敏電阻在電路中的符號(hào)第7頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第7頁/共35頁8①光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體受光照后，吸收光子能量產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，引起載流子濃度增加而使材料電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象。導(dǎo)體的電導(dǎo)率

歐姆定律微分形式漂移速度：電子在電場(chǎng)作用下沿著電場(chǎng)的反方向作定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)，定向運(yùn)動(dòng)的速率稱為漂移速度。2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性第8頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第8頁/共35頁9①光電導(dǎo)效應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)恒定時(shí)，載流子應(yīng)具有一個(gè)恒定不變的平均漂移速度，電場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)平均漂移速度也增大。平均漂移速度的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系

對(duì)于半導(dǎo)體材料

μ為遷移率，表示單位電場(chǎng)下電子的平均漂移速度，與材料特性有關(guān)2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性第9頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第9頁/共35頁102.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性①光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體材料無光照時(shí)

暗電導(dǎo)有光照時(shí)

電導(dǎo)率增量

光電導(dǎo)第10頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第10頁/共35頁112.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益光生載流子的產(chǎn)生率α半導(dǎo)體吸收系數(shù)η量子效率N單位時(shí)間內(nèi)入射在單位面積上的光子數(shù)第11頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第11頁/共35頁122.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益光生載流子濃度變化率τn、τp電子和空穴的平均壽命穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)載流子濃度穩(wěn)態(tài)時(shí)光電導(dǎo)率第12頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第12頁/共35頁132.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益流過外電路的電流密度光電流第13頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第13頁/共35頁142.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益描述光作用下外電路電流的增強(qiáng)能力。增益：光電流與入射光引起的單位時(shí)間電荷量的比值。第14頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第14頁/共35頁152.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益第15頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第15頁/共35頁162.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益電子的輸運(yùn)時(shí)間為例：計(jì)算硅光電導(dǎo)體的增益?？紤]n型硅光電導(dǎo)體，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)=100μm，橫截面積為A=，少子壽命為，所加電壓為V=10V。（n型硅的電子遷移率典型值為1350,空穴遷移率為480。）光電導(dǎo)體增益為第16頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第16頁/共35頁172.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性②電流與增益單位時(shí)間流過器件的電荷數(shù)大于器件內(nèi)光激發(fā)的電荷，從而使電流得到放大。①減小樣品長(zhǎng)度可以大大提高增益②增加載流子的壽命也可提高增益。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因?yàn)檫@樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。第17頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第17頁/共35頁182.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性③靈敏度光電導(dǎo)靈敏度單位入射光輻射功率所產(chǎn)生的光電導(dǎo)率相對(duì)靈敏度增益指在工作狀態(tài)下，各參數(shù)對(duì)光電導(dǎo)效應(yīng)的增強(qiáng)能力。（結(jié)構(gòu)特性）靈敏度是光電導(dǎo)體在光照下產(chǎn)生光電導(dǎo)能力的大小。（材料參數(shù)）第18頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第18頁/共35頁192.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性④光電特性光電流與照度的關(guān)系：：光照指數(shù)：電壓指數(shù)弱光時(shí)，I與照度E成線性關(guān)系強(qiáng)光時(shí)，光電流與照度成拋物線歐姆接觸光照增強(qiáng)的同時(shí)，載流子濃度不斷的增加，同時(shí)光敏電阻的溫度也在升高，從而導(dǎo)致載流子運(yùn)動(dòng)加劇，因此復(fù)合幾率也增大，光電流呈飽和趨勢(shì)。（冷卻可以改善）第19頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第19頁/共35頁202.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑤暗電阻和亮電阻光敏電阻在黑暗時(shí)的阻值稱為暗電阻，一般情況下，暗電阻都大于10兆，受光照時(shí)的阻值稱為亮阻。暗阻與亮阻的比值也可作為衡量靈敏度的高低，比值越大，靈敏度越高。第20頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第20頁/共35頁212.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑥伏安特性在一定的光照下，光電流I與所加電壓Ｕ的關(guān)系光敏電阻為純電阻，符合歐姆定律，對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過104伏特/厘米（強(qiáng)光時(shí)），不遵守歐姆定律。硫化鎘例外，其伏安特性在100多伏就不成線性了第21頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第21頁/共35頁222.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑥伏安特性伏安特性曲線和負(fù)載線的交點(diǎn)即為光敏電阻的工作點(diǎn)。第22頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第22頁/共35頁232.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性光照使光敏電阻發(fā)熱，使得在額定功耗內(nèi)工作，其最高使用電壓由其耗散功率所決定，而功耗功率又和其面積大小、散熱情況有關(guān)。⑥伏安特性第23頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第23頁/共35頁242.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑦溫度特性溫度的變化，引起溫度噪聲，導(dǎo)致其靈敏度、光照特性、響應(yīng)率等都發(fā)生變化。為了提高靈敏度，必須采用冷卻裝置，尤其是雜質(zhì)型半導(dǎo)體受溫度影響更明顯。第24頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第24頁/共35頁252.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑧時(shí)間特性光照開始時(shí)，或光照撤去時(shí)，光電導(dǎo)材料中光生載流子數(shù)變化情況弱光條件：光照開始時(shí)（上升情況），t=0，Δn=0對(duì)應(yīng)光電導(dǎo)率解方程得第25頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第25頁/共35頁262.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑧時(shí)間特性光照撤去時(shí)（下降情況）弱光條件下光電導(dǎo)的變化服從指數(shù)變化規(guī)律，相當(dāng)于一階響應(yīng)環(huán)節(jié)。第26頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第26頁/共35頁272.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑧時(shí)間特性強(qiáng)光條件：光照開始撤去光后第27頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第27頁/共35頁282.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑧時(shí)間特性前歷效應(yīng)：指光敏電阻的時(shí)間特性與工作前“歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)象。即測(cè)試前光敏電阻所處狀態(tài)對(duì)光敏電阻特性的影響。暗態(tài)前歷效應(yīng)：指光敏電阻測(cè)試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后光電流上升的快慢程度。工作電壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越重。

1-黑暗放置3分鐘后

2-黑暗放置60分鐘后

3-黑暗放置24小時(shí)后第28頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第28頁/共35頁292.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑧時(shí)間特性亮態(tài)前歷效應(yīng)：光敏電阻測(cè)試或工作前已處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時(shí)所要達(dá)到的照度不同時(shí)，所出現(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象。第29頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第29頁/共35頁302.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑨光譜特性相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系光譜特性曲線覆蓋了整個(gè)可見光區(qū)，峰值波長(zhǎng)在515～600nm之間。尤其硫化鎘的峰值波長(zhǎng)與人眼的很敏感的峰值波長(zhǎng)（555nm）很接近第30頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第30頁/共35頁31紅外區(qū)光敏電阻的光譜特性此特性與所用材料的光譜響應(yīng)、制造工藝、摻雜濃度和使用的環(huán)境溫度有關(guān)。2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑨光譜特性第31頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第31頁/共35頁322.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特性⑩噪聲特性光敏電阻的主要噪聲源：熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、1/f

噪聲第32頁/共34頁

牛牛文庫文檔分享第32頁/共35頁332.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–

特點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于1，工作電流大，無極性之分光譜響應(yīng)范圍