第四章光电导探测器ppt课件.ppt

《第四章光电导探测器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章光电导探测器光电导探测器的工作原理光电导探测器的性能参数实用光电导探测器及输出信号能测可见光的光电导探测器又称光敏电阻（光导管）种类：本征型、杂质型、薄膜型、扫积型研究重点：工作原理、性能参数、基本应用电路三者联系，也是学习探测器的基本观察点。光敏电阻§4-1光电导探测器的工作原理一、光电导效应光子作用于光电导材料产生本征吸收：杂质吸收：产生附加的光生载流子。光电导效应——光照射到光电导（半导体）材料上，使半导体的电导率发生变化。多数半导体和绝缘体存在这种效应本征半导体杂质半导体光激发：产生

2、空穴、电子，跃迁到导带。杂质半导体：n型：施主能带靠近导带，电子获得足够能量进入导带参与导电。p型：受主能带靠近价带，价带电子吸收光子能量跃迁受主能带，使价带产生空穴参与导电。表征光电导效应主要有三个参数：灵敏度、弛豫时间（惰性）、光谱分布1．光电导的灵敏度灵敏度：一定光强下光电导的强弱（可用光电增益G表示）成立条件：定态条件下电子和空穴的产生率与复合率相等。（4.1-1）量子产额：吸收一个光子所能产生的电子空穴对数光生载流子寿命载流子在光电导两极间的渡越时间载流子在光电导两极间的渡越时间tL，一

3、般有（4.1-2）光电导体两极间距外加电源电压迁移率将（4.1-1）代入（4.1-2）如果光电导体中自由电子和空穴均参加导电2．光电导驰豫光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象，它表现了光电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时间——弛豫时间（响应时间）。意义：从实际应用讲,弛豫时间决定了在迅速变化的光强下,一个光电器件能否有效工作的问题.从光电导的机制来看，弛豫表现在光强变化时，光生载流子的积累和消失的过程。在分析定态光电导和光强之间的关系时，实际情况比较复杂，通常讨论两种典型情况

4、：直线性光电导，即光电导与光强成线性关系抛物线性光电导：光电导与光强的平方根成正比。有的光电导体在光强低时属于直线性光电导，较高时，为抛物线性光电导。载流子浓度Δn与光强关系：直线的γ＝1，抛物线的γ＝1/2在定态的情况下，如果光生载流子有确定的复合几率或寿命τ，对直线性光电导Δn/τ＝Inαβ光电转换因子光电导材料对光的吸收系数以光子计算的入射光光强量子产额对抛物线性光电导复合率=b(Δn)2b为比例系数，这时定态条件为b(Δn)2＝Inαβ在直线性光电导中，恒定光照下决定光电导上升规律的微分方

5、程：光生载流子寿命以光子计算的入射光光强光电导体对光的吸收系数量子产额设光照停止时（t＝0），Δn＝Inαβτ，则上式解：根据上式初始条件：t=0时，Δn＝0，方程解取消光照后，决定光电导下降的微分方程为直线性光电导的弛豫时间与光强无关。因为上升和下降是对称的通常（t＝τ）称光电流的弛豫时间直线性光电导上升和下降曲线在抛物线性光电导中，决定光电导上升的微分方程为利用初始条件t=0时，Δn＝0，解上面的方程得光照取消后，决定光电导下降的微分方程为利用初始条件t=0时，讨论：抛物线性光电导的弛豫时间与

6、光强有关，光强愈高，弛豫时间越短。3．光电导的光谱分布光电导的大小与照射光的波长有密切关系。光谱分布问题首先是光生载流子的激发问题。由本征激发产生的光电导称为本征光电导。由杂质激发产生的光电导成为杂质光电导。（1）本征光电导的光谱分布光谱分布曲线是“等量子”曲线或“等能量”曲线。等量子是指对不同的波长以光量子计算的光强是相同的。等能量是指不同的波长下所用的光能量流是相等的.（2）杂质光电导的光谱分布含有不同量砷施主补偿杂质的掺金锗杂质光电导光谱分布曲线半导体杂质吸收光子将束缚在杂质能级上的电子或空

7、穴激发成为自由的光生载流子．这时光子的能量必须等于或大于杂质的电离能。由于杂质的电离能比禁带宽度小，所以杂质光电导的光谱响应的波长比本征光电导的长。二、光电导探测器的工作原理半导体受到光照时将产生非平衡载流子，电导率增加，在外加电压的作用下，将在光电导探测器输出回路中产生光电流。分析光电导探测器输出的光电信号1．光电导探测器的光电流设样品为n型材料，光功率为P的光辐射沿x方向均匀入射。如果光电材料的吸收系数α，表面反射率R，入射光功率在材料内部沿x方向的变化为（4.1-17）光生载流子的统计平均值

8、也应是入射深度x的函数，n（x）表示在x处光生载流子浓度，则在外加电场作用下该处的漂移电流密度J（x）为光生载流子在外加电场E作用下的漂移速度光功率输出平均光电流光生载流子在外加电场E作用下的漂移速度电极间距离电子迁移率A=wd探测器电极面积，dA=wdx为面积元，在光敏面（wL）受均匀照射的情况下，将得到：（4.1-20）n（x）与半导体中光生载流子在外电场作用下的产生率与复合率有关。利用稳态下电子产生率和复合率相等的条件可求得n（x）由（4.1-17）在x方向单位长度上材料吸收