《光电导器》PPT课件

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1、光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光电探测器。光敏电阻又称光导管或光电导体第4章  光电导器件1.光敏电阻的结构和分类一.光敏电阻的工作原理最典型的光电导器件是光敏电阻。在一块均质光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母或其它绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成的。在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。同学们想一想：为什么照相机会在不同光照

2、下自动曝光?为什么路灯能天黑亮而天亮灭？光敏电阻分为两类：本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。两种类型光敏电阻能带图为减少杂质能级上电子的热激发，常需要在低温下工作。强调:从原理上说，P型、N型半导体均可制成光敏电阻。但是：由于电子的迁移率比空穴大，而且N型半导体材料制成的光敏电阻性能较稳定，特性较好，故目前大都使用N型半导体光敏电阻。EcEvEd∆EEcEvEg外电场方向在外电场的作用下，光生载流子沿一定方向运动，在电路中形成电流。没有光照:阻值很大，电流较小；有光照:光生载流子增加，阻值减小，电流增加。光敏电阻

3、没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时两电极可加直流电压，也可加交流电压。当光电导体上加上电压，无光照时具有热激发载流子，其相应的暗电导率为2.光敏电阻的工作原理有光照时，具有光生载流子出现，因此当光照稳定时，亮电导率为迁移比由此可以得到光电导率为有光照时产生的光生载流子浓度用Δn和Δp表示。光照稳定情况下的载流子浓度为在电场强度的作用下,短路光电流密度为η为量子效率;V为材料体积可以看出:由于光照的增加，电导率增加了，光电流也增加了。τ是什么意思?g为载流子产生率N:单位时间产生的电子-空穴对;寿命分别为?L为

4、光电导体长度A为光电导体横截面面积在光辐射作用下，由于光照增加的电子和空穴浓度，材料的电导率增加,增加多少呢?U为所加电压无光照:光敏电阻的暗电流由光电导率引起的光电流结论:光敏电阻的光电流Ip与L的平方成反比光电导率UL结论:光敏电阻的光电流Ip与L的平方成反比设计光敏电阻时为了减小电极间的距离L，保证光敏电阻有足够的受光面积，一般采用下列结构:二光敏电阻的主要特性参数暗电流:在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻.流过此电阻的电流.光电流+暗电流=亮电流亮电流:在室温条件下，光敏电阻在一

5、定照度下的阻值，称为该光照下的亮电阻,流过此电阻的电流.光敏电阻的特性参数有哪些?光电导灵敏度;光电导增益;量子效率;光谱响应率与光谱响应曲线;响应时间和频率特性;前历效应;光电特性和温度特性等.强调：一般光敏电阻的暗电阻在10MΩ以上，光照后显著降低，亮电阻和暗电阻比值在10-2-10-6之间，比值越小光敏电阻的灵敏度越高。1.光电导灵敏度Sggp:光电导，单位为西门子S（Ω-1）。E：照度，单位为勒克斯（lx）。Sg:单位为西门子/勒克斯（S/lx）或Sm2/W。gP称为光敏电阻的光电导按灵敏度定义若考虑暗

6、电导产生的电流时，则流过光敏电阻的电流为式中,I为亮电流；Ip为光电流；Id为暗电流；gd为暗电导；g为亮电导。响应量与输入量之比所以若考虑暗电流时光敏电阻的光电导为2.光电导增益光电导增益M:表示长度为L的光敏电阻两端加上电压U后，由光照产生的光生载流子在电场作用下所形成的外部光电流与光电子形成的内部电流(qN)之间的比值光敏电阻电子增益系数:空穴增益系数:载流子的渡越时间:在半导体中，电子和空穴的寿命是相同的，都等于载流子的平均寿命τ，即τ＝τn＝τP，所以本征型光敏电阻的增益系数可写成:光电导器件的量子效

7、率η:表示每个入射光子所释放的平均电子数。无量纲:它表示单位时间内每入射一个光子所能引起的载流子数3.量子效率硅和锗光敏电阻的量子效率η-λ的关系曲线假设入射的单色辐射功率φ(λ)能产生N个载流子，则量子效率高增益系数的光敏电阻的电极间距很小，使得光敏电阻集光面积太小,使得光谱响应率<1A/W而不实用。延长载流子寿命虽然能提高增益因数，但却降低了响应速度；可见:在光敏电阻中，增益与响应速度是相矛盾的两个量增大增益系数可提高的光谱响应率4.光谱响应率与光谱响应曲线光谱响应率表示在某一特定波长下，输出光电流(或电压

8、)与入射辐射能量之比。输出光电流5.响应时间和频率特性光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定时间，这个时间叫响应时间。通常材料突然受光照到稳定状态时光生载流子浓度的变化规律为ΔP0为稳态光生载流子浓度响应时间反映了光敏电阻的惰性，响应时间长说明光敏电阻对光的变化反应慢或惰性大。定义：光生载流子浓度上升到稳态值的63%所需的时间为上升响应时间停止光照后光生载流子浓度的变化为光照停