《光电探测器》PPT课件

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1、8半导体光电探测器本章内容21.半导体光电探测器概述2.光敏电阻3.光敏二极管8.1半导体光电探测器概述3光电探测器是对各种光辐射进行接收和探测的器件。光电探测器光电发射器件：真空光电二极管，光电倍增管等半导体光电探测器光导型（PC）:各种光敏电阻光伏型（PV）:有光伏结构的光敏电阻（PD）等4半导体光电探测器是利用半导体材料的内光电效应来接收和探测光信号的器件。半导体光电探测器只能探测具有足够能量的光子，即该材料长波限以下的光子，其数学关系为(um)为能被探测的光波长，为半导体材料之长波限，为材料带隙，用[ev]作单位。8.1半导体光电探测器概述半导体光电探测器有三

2、个基本过程：1光子入射到半导体中激励产生载流子2载流子输运及倍增3电流经外电路作用后输出信号，从而完成对光子探测的过程8.1半导体光电探测器概述1光谱响应特性：在某一波长λ间隔dλ内的光子，在探测器中产生的输出电流与输出光功率之比为光谱响应R(λ)。2噪声：探测器的噪声电平或信噪比是限制探测器使用范围的最重要参数。热噪声：载流子热运动的起伏引起的噪声散粒噪声：载流子在越过pn结之类的耗尽区时，单位时间内通过的载流子数在其平均值附近的一定起伏所引起的噪声。1/f噪声：它与测量频率呈倒数关系。8.1半导体光电探测器概述半导体探测器特性参数：噪声来源3噪声等效功率（NEP）

3、：为产生与探测器噪声输出大小相等的信号所需要入射辐射功率。4探测率（探测灵敏度）:A为探测器面积，Δf为放大器宽度。5响应时间：描述探测器接收入射辐射的响应速度。8.1半导体光电探测器概述半导体探测器特性参数：8.2光敏电阻81、光敏电阻简介光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，光敏电阻常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。8.2光敏电阻91、光敏电阻简介特点：光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外

4、辐射）；偏置电压低，工作电流大；动态范围宽，既可测强光，也可测弱光；光电导增益大，灵敏度高；无极性，使用方便；在强光照射下，光电线性度较差光电驰豫时间较长，频率特性较差。8.2光敏电阻102光敏电阻结构光敏电阻结构：在一块均匀光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。光敏电阻原理结构示意图118.2光敏电阻3、光敏电阻工作原理光敏电阻是根据光电导效应实现光电转换。本征半导体的光电导效应。当光子能量E光大于或等于禁带宽度Eg时，光子把价带中的电子激发到导带，出现自由电子和自由空穴时，从而使材

5、料的电阻率降低。电导率增加。引入长波限λ0，若波长长于λ0，即无本征吸收128.2光敏电阻3、光敏电阻工作原理设无光照射半导体的电导率（暗电导率）为：σ0＝n0qun+p0qup式中n0和p0分别时电子和空穴的热平衡浓度，un和up分别时电子和空穴的迁移率。在适当波长的光照射下，半导体中出现光生电子和光生空穴，设它们的浓度分别时Δn和Δp，则半导体的电导率将增为：σ＝（n0+Δn）qun＋（p0＋Δp）qup＝σ0＋Δσpn式中Δσpn＝Δnqun+Δpqup称为光电导。138.2光敏电阻3、光敏电阻工作原理p型半导体的光电导效应：当光子能量大于或等于受主杂质能级EI

6、时，光子可能把价带中的电子激发到受主能级，结果该电子就成为捕获电子，而在价带中留下空穴（自由空穴）。使空穴浓度增加，结果电导率增加。σ＝（n0+Δn）qunn型半导体的光电导效应：当光子能量大于或等于受主杂质能级EI时，施主能级中的电子也可能被激发到导带而成为自由电子，使电子浓度增加，结果电导率增加。σ＝（n0+Δn）qun148.2光敏电阻3、光敏电阻工作原理结论：故同一材料的本征光电导比杂质光电导大。杂质吸收的吸收系数较本征吸收的吸收系数小。通过改变半导体内部的杂质吸收的吸收系数较本征吸收的吸收系数小，来测量不同波长的光。158.2光敏电阻4、光敏电阻的参数与特性

7、a.暗电阻和亮电阻暗电阻:是指全暗的条件下所测的电阻。其值大于1MΩ，在给定的条件下，所通过的电流为暗电流。亮电阻:受到光照时所测的电阻，其值几千Ω，在给定的条件下，所通过的电流为亮电流。暗电阻与亮电阻之间之比为在102---106之间168.2光敏电阻4、光敏电阻的参数与特性b.响应灵敏度光敏元件对于各种光的响应灵敏度是随入射光的波长变化而变化的。因此，常常利用光谱响应特性曲线来评价光敏元件。光谱响应特性表示光敏元件对各种单色光的敏感程度。对应于一定敏感程度的波长区间，称为光谱响应范围。对光谱响应最敏感的波长数值，称为光谱响应峰值波长，峰值波长取决