第3章光電導(dǎo)探測(cè)器

半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件：利用半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。

光電導(dǎo)效應(yīng)（內(nèi)光電效應(yīng)）：表示材料（或器件）受到光輻射后，材料（或器件）材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化。

光敏電阻的特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：光譜寬，無(wú)極性，測(cè)光范圍大；弛豫時(shí)間長(zhǎng)（響應(yīng)時(shí)間或惰性），頻響低第3章光電導(dǎo)探測(cè)器原理及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)特點(diǎn)典型電路應(yīng)用本章主要內(nèi)容：§1工作原理和結(jié)構(gòu)1、原理：

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。

光電轉(zhuǎn)換：當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上，由光照產(chǎn)生的光生載流子在外加電場(chǎng)作用下，沿一定方向運(yùn)動(dòng)，電路中產(chǎn)生電流。電極電極光照光電導(dǎo)體a.本征型：可用來(lái)檢測(cè)可見(jiàn)光和近紅外輻射；長(zhǎng)波限較小。

b.非本征型（N型為主）：可以檢測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的輻射；長(zhǎng)波限較大。2、結(jié)構(gòu)：組成：它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(xiàn)，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。三種形式⑴梳狀式玻璃基底上蒸鍍梳狀金屬膜而制成；或在玻璃基底上面蝕刻成互相交叉的梳狀槽，在槽內(nèi)填入黃金或石墨等導(dǎo)電物質(zhì)，在表面再敷上一層光敏材料。如圖所示。絕緣基底光電導(dǎo)體膜⑵刻線(xiàn)式在玻璃基片上鍍制一層薄的金屬箔，將其刻劃成柵狀槽，然后在槽內(nèi)填入光敏電阻材料層后制成。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。⑶涂膜式（夾層式）在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其結(jié)構(gòu)如右下圖所示。2、光敏電阻在電路中的符號(hào)§2主要特性參數(shù)

1、光電流及增益無(wú)光照時(shí)流過(guò)器件的電流稱(chēng)暗電流，由入射光引起的稱(chēng)光電流。

增益可理解為：樣品中每產(chǎn)生一個(gè)光生載流子所構(gòu)成的流入外電路的載流子數(shù)。即：

減少電極間的間距L，適當(dāng)提高工作電壓，對(duì)提高G值有利，但減小間距L又使受光面積減小是不利的，G通常可達(dá)103以上。

若G>1（壽命大于渡越時(shí)間）,即單位時(shí)間流過(guò)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。由上式可知：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。

2.光電導(dǎo)靈敏度

定義為光電導(dǎo)與輸入光照度E之比。

：光電導(dǎo)（西門(mén)子S，電阻的倒數(shù)）

E

：照度（勒克斯lx）：入射通量（流明lm)

區(qū)別：亮電導(dǎo)、暗電導(dǎo)和光電導(dǎo)三個(gè)概念，注意：靈敏度與光電增益的區(qū)別（1）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。（2）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。材料特性結(jié)構(gòu)參數(shù)3、光電特性光電流與照度的關(guān)系：：光照指數(shù)

由圖可知：（1）弱光時(shí)，與照度成線(xiàn)性關(guān)系即得（2)強(qiáng)光時(shí)，光電流與照度成拋物線(xiàn)，

即得

強(qiáng)光照下光電特性的分析：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）4、伏安特性：在一定的光照下，光電流與所加電壓的關(guān)系

一定的光照下，與電壓的關(guān)系;

相同的電壓下，與光照的關(guān)系

說(shuō)明：（1)光敏電阻為純電阻，符合歐姆定律。（2）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)。（3）伏安特性曲線(xiàn)和負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)即為光敏電阻的工作點(diǎn)。

5、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。

6．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)（短態(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越慢程度。一般，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)后亮態(tài)前歷效應(yīng)(中態(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。其效應(yīng)曲線(xiàn)如下圖所示。

7、暗電阻和暗電流：光敏電阻在黑暗時(shí)的阻值稱(chēng)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(chēng)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。

8、噪聲特性：熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、噪聲與調(diào)制頻率的關(guān)系如下所示：（1）

1/f紅外(幾百赫茲以下）：可調(diào)制較高的（2）產(chǎn)生-復(fù)合噪聲：幾百到幾千赫茲（3）熱噪聲：幾千赫茲以上，制冷可降低熱噪聲（4）恰當(dāng)?shù)钠秒娐?，可使信噪比最?、光譜特性：相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系

可見(jiàn)光區(qū)光敏電阻的光譜特性光譜特性曲線(xiàn)覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)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）是很接近的，因此可用于與人眼有關(guān)的儀器，例如照相機(jī)、照度計(jì)、光度計(jì)等。光譜響應(yīng)率：

紅外區(qū)光敏電阻的光譜特性注明：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)?？偨Y(jié)：光敏電阻的特點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于1

工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安，無(wú)極性之分光譜響應(yīng)范圍寬，尤其對(duì)紅外有較高的靈敏度所測(cè)光強(qiáng)范圍寬，可測(cè)強(qiáng)光、弱光

2、不足：強(qiáng)光下光電轉(zhuǎn)換線(xiàn)性差光電導(dǎo)弛豫時(shí)間長(zhǎng)受溫度影響大由伏安特性知，設(shè)計(jì)負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮額定功耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮光敏電阻的前歷效應(yīng)§3常用光敏電阻參數(shù)功率（mw）測(cè)量照度暗電阻（兆歐）亮電阻（千歐）峰值波長(zhǎng)P12017010520～60540P380－7R5010204.4～13620P5521001058～24520§4光敏電阻的基本偏置電路從基本偏置電路和伏安特性出發(fā)，分析光敏電阻的工作電路和輸出信號(hào)情況。§5-4光敏電阻的電路

1、基本偏置電路：

2、恒流偏置電路：恒流偏置電路：采用穩(wěn)壓管D,故不