第3章(zm2014秋)

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1、2014-12-12光电探测与信号处理光电探测与信号处理•3.1材料结构原理•3.2主要特性参数第3章光电导探测器•2.3偏置电路和应用光学与电子信息学院赵茗副教授zhaoming@hust.edu.cnò光谱响应范围宽，3.1材料结构原理光敏电阻重要特点：ò无极性之分,3113.1.1材料及分类ò强光照射下线性较差，ò频率特性也较差。3.1.2光照下的光电导响应过程光敏电阻分类：ò按工作机理：本征和杂质3.1.3结构和原理ò按光谱范围：紫外、可见光、红外ò按晶体结构：单晶和多晶ò按制作工艺：薄膜烧结型和真空蒸镀型12014-12-12按工作机理分本征型

2、光敏电阻：杂质型光敏电阻：hc1240hc1240λ0==(nm)10～14µmλ0==(nm)～130µmEgEgΔEΔE硫化镉（CdS）锗掺汞（Ge：Hg）碲镉汞（Hg1-xCdxTe）锗掺铜（Ge：Cu）硒化镉（CdSe）锗锗锌掺锌（Ge：Zn）硫化铅（PbS）硅掺砷（Si：As）硅（Si）锗（Ge）锑化铟（InSb）多常温工作多制冷工作碲镉汞(HgCdTe)系列光敏电阻HgCdTe（CMT或MCT）1-xx合金法：CdTeHgTex是Cd含量组分，变化范围0.18～0.4，长波限为3～30μmx=0.2，光谱响应8～14μmx=0.28，光谱响应

3、3～5μmx=0.39，光谱响应1～3μm22014-12-123.1材料结构原理3113.1.1材料及分类3.1.2光照下的光电导响应过程3.1.3结构和原理三代红外焦平面双/多色探测器美国AIM-9X采用HgCdTe凝视焦平面阵列光敏电阻演示弱光照条件下（阶跃响应）−t/τcΔnt()ge−t/τcΔnt()=−gτc(1e)()=gτce（1）响应时间（上升时间和下降时间）：等于载流子寿命且为常数（2）稳态光电导：与产生率成线性关系，即与辐射通量成正比g∝Φ暗电流（越小越好）32014-12-12阶跃光照时强光照条件下（阶跃响应）d()Δnt=−g

4、{}rn[]000+Δnt()⋅+Δ[]ppt()−rnp0(a)光照时(b)光照停止时dtΔnt()g(1e−t/τc)响应时间：=−τcτ1c12//1212（时域）Δnt()=()g/rtanh⎡⎤⎣⎦()grtΔn(t)=(g/r)()12t1gr+正弦光照时dΔnt()jωt=−+⋅+−ge{rn[000ΔΔn(t)p][p(t)rnp]0}（1）响应时间：不再是常数，而是光照的函数dtgnτΔΔn==c01（2）稳态光电导：与产生率成非线性关系，与辐射通量平方根成正比上限截止频率：22fHC=11++()ωωττcc()（频域）2πτc3.1

5、材料结构原理导出电流表达式3113.1.1材料及分类3.1.2光照下的光电导响应过程3.1.3结构和原理UeημUττnccIpn=2μτΦcM=2=ltlhvzdz42014-12-12光电导内增益M=1μUττM=nc=cM<12ltzdM>1如何提高M¾选用平均寿命长、迁移率大的半导体材料；¾减少电极间距离；参数选择合适时，M值可达102～3量级¾加大偏压光敏电阻结构示意图光电探测与信号处理1.光电特性和γ值2.光电导灵敏度•3.1材料结构原理3.光谱特性•3.2主要特性参数4.频率特性•3.3偏置电路和应用5.温度特性6.前历效应7.伏安特性8.

6、噪声特性52014-12-121、光电（照）特性和γ值UeηI=μτΦpn2clhvzγ=1线性I=USEγ=GUpgpγ=0.5非线性2.光电导灵敏度logR−logR=12αγγI=SUElogE−logEpg21G=SEγ＝1pgI=SUE＝GU弱光，αpgpGG光电导灵敏度：γpp电阻～照度关系曲线Ip=GpU=USgES=或S=S/lm，S/lxgg2EΦS/μW，S/μW/cm62014-12-123.光谱特性如何设计光度学测量仪器?加滤光片进行修正或进行数值修正，使其特性曲线与V(λ)曲线完全符合，太阳模拟器中光谱修正滤光片的研制4.响应时

7、间和频率特性增益带宽积1-硒ℜ0ℜ(f)=2-硫化镉1[1(2)2]213-硫化铊+πfτf=4-硫化铅c1μUτμU2πτncncf⋅M===常量c222πτl2πlczzμUτncM=2l增益带宽积zf3dB忽略外电路时间常数影响时，响应时间等于光生载流子平均寿命光电导器件的频带宽度和光电增益是矛盾的，二者不可兼容，灵敏度高的光电导器件，U&频带必然窄。通常，CdS的响应时间在几十毫秒至几秒；CdSe的响应时间约为10-2～10-3s；PbS约为10-4s。由此可见，要达到稳定输出，频率响应不会超过10kHz，一般为1kHz。72014-12-125

8、.温度特性I/mA100相对光电导随温度的升温度升高,峰值80+20ºC高而下降