1、LOGO12 光电探测器件v2.1 光电探测器的物理效应v2.2 光电探测器的性能参数v2.3 外光电效应型光电探测器v2.4 内光电效应型光电探测器v2.5 固体成像器件v2.6 光电探测光源第1页/共34页LOGO2内光电效应型探测器 42 光电探测器件第2页/共34页LOGO32.4 内光电效应型光电探测器v内光电效应v光电导效应（均质型光电器件）半导体中束缚电荷接收光子能量后离开平衡位置，进入导电能带，改变了半导体中非平衡载流子的浓度，从而影响其导电性能。v光生伏特效应（结型光电器件）光生电子聚集在PN结附近，改变平衡状态下的内建电场强度，形成光生电动势。第3页/共34页LOGO42.
2、4 内光电效应型光电探测器v2.4.1 光电导型光探测器 光敏电阻v2.4.2 pn结光伏探测器的工作模式v2.4.3 光电池v2.4.4 光电二极管与光电三极管v2.4.5 特殊结型光电二极管第4页/共34页LOGO52.4.1 光电导型光探测器v光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。v对于本征型，可用来检测可见光和近红外辐射v对于非本征型可以检测波长很长的辐射第5页/共34页LOGO62.4.1 光电导型光探测器第6页/共34页LOGO72.4.1 光电导型光探测器结构：由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外
3、壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。光敏电阻在电路中的符号光敏电阻在电路中的符号第7页/共34页LOGO8光电导效应v半导体受光照后，吸收光子能量产生电子空穴对，引起载流子浓度增加而使材料电导率增加的现象。导体的电导率 欧姆定律微分形式漂移速度：电子在电场作用下沿着电场的反方向作定向运动称为漂移运动，定向运动的速率称为漂移速度。2.4.1 光电导型光探测器 特性第8页/共34页LOGO9光电导效应当导体内部电场恒定时，载流子应具有一个恒定不变的平均漂移速度，电场强度增大时平均漂移速度也增大。平均漂移速度的大小与电场强度成正比电导率和迁移率的关系 对于半导体材料 为迁移率，表示单位电场下电子的平
4、均漂移速度，与材料特性有关2.4.1 光电导型光探测器 特性第9页/共34页LOGO102.4.1 光电导型光探测器 特性光电导效应半导体材料无光照时 暗电导有光照时 电导率增量 光电导第10页/共34页LOGO112.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益光生载流子的产生率 半导体吸收系数 量子效率 N 单位时间内入射在单位面积上的光子数第11页/共34页LOGO122.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益光生载流子浓度变化率 n、p电子和空穴的平均寿命稳定状态时载流子浓度 稳态时光电导率第12页/共34页LOGO132.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益流过外电路的电流密度光电
5、流第13页/共34页LOGO142.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益描述光作用下外电路电流的增强能力。增益：光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。第14页/共34页LOGO152.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益第15页/共34页LOGO162.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益电子的输运时间为例：计算硅光电导体的增益。考虑n型硅光电导体，其长度为L=100m，横截面积为A=，少子寿命为 ，所加电压为V=10V。（n型硅的电子迁移率典型值为1350 ,空穴迁移率为480 。）光电导体增益为第16页/共34页LOGO172.4.1 光电导型光探测器 特性电流与增益单位时
6、间流过器件的电荷数大于器件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。减小样品长度可以大大提高增益增加载流子的寿命也可提高增益。光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。第17页/共34页LOGO182.4.1 光电导型光探测器 特性灵敏度光电导灵敏度 单位入射光辐射功率所产生的光电导率相对灵敏度增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。（结构特性）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。（材料参数）第18页/共34页LOGO192.4.1 光电导型光探测器 特性光电特性光电流与照度的关系：
7、光照指数：电压指数弱光时，I与照度E成线性关系强光时，光电流与照度成抛物线欧姆接触光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈饱和趋势。（冷却可以改善）第19页/共34页LOGO202.4.1 光电导型光探测器 特性暗电阻和亮电阻光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，一般情况下，暗电阻都大于10兆，受光照时的阻值称为亮阻。暗阻与亮阻的比值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越大，灵敏度越高。第20页/共34页LOGO212.4.1 光电导型光探测器 特性伏安特性在一定的光照下，光电流I与所加电压的关系光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律
8、，对多数半导体，当电场强度超过104伏特/厘米（强光时），不遵守欧姆定律。硫化镉例外，其伏安特性在100多伏就不成线性了第21页/共34页LOGO222.4.1 光电导型光探测器 特性伏安特性伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点。第22页/共34页LOGO232.4.1 光电导型光探测器 特性v光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工作，其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率又和其面积大小、散热情况有关。伏安特性第23页/共34页LOGO242.4.1 光电导型光探测器 特性温度特性温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度、光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵敏度，必须采用冷却
9、装置，尤其是杂质型半导体受温度影响更明显。第24页/共34页LOGO252.4.1 光电导型光探测器 特性时间特性光照开始时，或光照撤去时，光电导材料中光生载流子数变化情况弱光条件：光照开始时（上升情况），t=0，n=0对应光电导率 解方程得第25页/共34页LOGO262.4.1 光电导型光探测器 特性时间特性光照撤去时（下降情况）弱光条件下光电导的变化服从指数变化规律，相当于一阶响应环节。第26页/共34页LOGO272.4.1 光电导型光探测器 特性时间特性强光条件：光照开始 撤去光后 第27页/共34页LOGO282.4.1 光电导型光探测器 特性时间特性前历效应：指光敏电阻的时间特性
10、与工作前“历史”有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。暗态前历效应：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后光电流上升的快慢程度。工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。1-黑暗放置3分钟后2-黑暗放置60分钟后3-黑暗放置24小时后第28页/共34页LOGO292.4.1 光电导型光探测器 特性时间特性亮态前历效应：光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。第29页/共34页LOGO302.4.1 光电导型光探测器 特性光谱特性相对灵敏度与波长的关系光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515600
11、nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）很接近第30页/共34页LOGO31红外区光敏电阻的光谱特性此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。2.4.1 光电导型光探测器 特性 光谱特性 第31页/共34页LOGO322.4.1 光电导型光探测器 特性 噪声特性 光敏电阻的主要噪声源：热噪声、产生复合噪声、1/f噪声第32页/共34页LOGO332.4.1 光电导型光探测器 特点 优点v灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性之分v光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度v所测光强范围宽，可测强光、弱光 缺点v强光下光电转换线性差v光电导弛豫时间长v受温度影响大v由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗v进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应第33页/共34页C l i c k t o e d i t c o m p a n y s l o g a n .第34页/共34页
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