光电检测技术及应用教学课件作者徐熙平第3章节光电检测器件课件

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1、17七月2021《光电检测技术及应用》第3章光电检测器件任课教师：徐熙平目录3.1光电导器件光敏电阻3.2光生伏特器件光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件3.3光电发射器件光电倍增管3.4热辐射探测器件热敏电阻、热电偶、热电堆3.5热释电器件3.6光耦合器件3.7图像传感器真空摄像管、电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强与变像第3章光电检测器件一、光电导器件利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导随入射光度量变化的器件，成为光电导器件或光敏电

2、阻。具有体积小、坚固耐用、价格低廉、光谱响应范围宽等优点，广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。1、光敏电阻的原理与结构符号当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）第3章光电检测器件一、光电导器件类型：本征半导体光敏电阻杂质型半导体光敏电阻基本结构：a）梳状结构b）蛇形结构c）刻线结构1—光电导材料2—电极3—衬底材料第3章光电检测器件一、光电导器件常用于可见光波段的探测常用于红外波段甚至于远红外波段辐射的探测。2、典型光敏电阻第3章光电检测器件一、光电导器件CdS光敏电阻：是最常见的光谱响应特

3、性最接近人眼光谱光视效率的光电器件，CdS光敏电阻的峰值波长为0.52μm，在可见光波段范围内最灵敏。它广泛地应用于灯光的自动控制，照相机的自动调光等。晚上，CdS光敏电阻阻值大，J的电流小，不能工作而关闭，灯亮。白天，阻值小，J工作，常闭触头断开，灯灭。第3章光电检测器件一、光电导器件PbS光敏电阻：近红外波段最灵敏的光电导器件。由于在2μm附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾的探测、红外报警系统等领域。室温下的PbS光敏电阻的光谱响应范围为1～3.5μm，峰值波长为2.4μm。将PbS光敏电阻放在光学系统的焦点上，使

4、进入接收系统的红外线能全部会聚到探测器上。报警装置与放大器相连接，它可输出报警信号。第3章光电检测器件一、光电导器件InSb光敏电阻：是3～5μm光谱范围内的主要探测器件之一。InSb光敏电阻由单晶制备，制造工艺比较成熟，经过切片、磨片、抛光后，再采用腐蚀的方法减薄到需要的厚度。光敏面尺寸由0.5mm×0.5mm到8mm×8mm不等。大光敏面的器件由于不能做得太薄，其探测率降低。InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜做阵列器件。InSb光敏电阻在室温下的长波长可达7.5μm，峰值波长在6μm附近。当温度降低到-160（液氮）

5、时，其长波长由7.5μm缩短到5.5μm，峰值波长也移至5μm，恰为大气的窗口范围。第3章光电检测器件一、光电导器件Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件：是目前所有红外探测器中性能最优良最有前途的探测器，尤其是对于4～8μm大气窗口波段辐射的探测更为重要。Hg1-xCdxTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材料的晶体混合制造的，其中x是Cd含量的组分。在制造混合晶体时采用不同Cd的组分x，可得到不同的禁带宽度Eg，进而可以制造出不同波长范围响应的Hg1-xCdxTe探测器件。一般组分x的变化范围为0.18～0.4，长波长的变

6、化范围为1～30μm。第3章光电检测器件一、光电导器件3、光敏电阻的基本特性1）光电特性CdS光敏电阻光照特性当照度很低时，曲线近似为线性，随着照度的增高，线性关系变坏，当照度升为很高时，曲线近似为抛物线形。光电转换因子γ在弱辐射作用的情况下为1，随着辐射的增强，γ值减小，当辐射很强时γ值降低到0.5。第3章光电检测器件一、光电导器件2）伏安特性CdS光敏电阻的伏安特性曲线光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与普通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光度量的变化而变化的。图中的虚线为额定功耗线。使用时，应使光敏电阻

7、的实际功耗不超过额定值。第3章光电检测器件一、光电导器件3）温度特性CdS与CdSe光敏电阻的温度特性曲线光敏电阻的相对光电导随温度升高而下降，光电响应特性受温度影响较大。在温度变化大的情况下应用时要采取制冷措施以降低光敏电阻工作温度，这是提高光敏电阻性能参数的有效办法。第3章光电检测器件一、光电导器件4）时间响应光敏电阻的时间响应（惯性）比其他光电器件要差些（惯性要大），频率响应要低。光敏电阻在被强辐射照射后，其阻值恢复到长期处于黑暗状态的暗电阻RD所需要的时间将是相当长的。因此，光敏电阻的暗电阻RD常与其检测前是否被曝光有关，这

8、个效应常被称为光敏电阻的前历效应。光敏电阻的频率特性1—Se光敏电阻2—CdS光敏电阻3—TeS光敏电阻4—PbS光敏电阻第3章光电检测器件一、光电导器件5）噪声特性光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合噪声和低频噪声(或称1/f噪声)