光伏探测器详解.ppt

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1、光电子技术课堂展示——光电探测器光伏探测器利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏探测器，也称结型光电器件。探测器主要用于测量检查,控制跟踪,图像测量和分析等方面。这类器件品种众多，但它们的原理都是相同的，所以在性质上有许多相近的地方。这类器件品种很多，其中包括：光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等。一、三种工作模式（1）零偏置的光伏工作模式若p-n结电路接负载电阻RL，如图，

2、有光照射时，则在p-n结内出现两种相反的电流：光激发产生的电子－空穴对，在内建电场作用下形成的光生电流Ip，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流I0相同；光生电流流过负载产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生电流ID。流过负载的总电流是两者之差：（2）反向偏置的光电导工作模式无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化。类似光电导器件。（3）正向偏置的工作模式呈单向导电性，和普通二极管一样，光电效应无法体现。无光照时，伏安特性

3、曲线与一般二极管的伏安特性曲线相同；受光照后，产生光电流，方向与I0相同，因此曲线将沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照度的变化成正比。二、光伏探测器的伏安特性第一象限：正向偏置工作模式，光电流不起作用，这一区域工作没有意义。第三象限：反向偏置光电导工作模式第四象限：零偏压光伏工作模式。有光照时，若PN结外电路接上负载电阻,如图所示，在PN结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子-空穴对形成的光生电流,它与光照有关，其方向与PN结方向饱和电流相同;另一种是光生电流流过负载电阻产生电压降

4、，相当于在PN结施加正向偏置电压，从而产生正向电流，总电流是两者之差，即流过负载的总电流为：上式中的光电流正比于光照度，比例常数称为光照灵敏度，即：当负载电阻断开时，，称端对端电压为开路电压，则近似地有三、光伏探测器的偏置电路1、自偏置电路光电池工作时无外加偏压，直接与负载电阻连接。其输出电流I流过外加电路负载电阻产生的压降就是它自身的正向偏压，故称为自偏压，其电路称为自偏置电路，电路图如下图所示。因此光电池回路方程为：2、零伏偏置电路光伏探测器在自偏置的情况下，若负载电阻为零，自偏压为零；或者

5、在光伏探测器在反偏置的情况下，反偏压很小或接近零。这两种情况下都是零伏偏置或接近于零伏偏置，对应的偏置电路都称为零伏偏置电路。光伏探测器采用零伏偏置电路时，它的1/f噪声最小，暗电流为零，可以获得较高的信噪比。因此反向饱和电流小，正、反向特性好的光伏探测器也常用零偏置电路，可避免偏置电路引入的噪声。四、光伏探测器的性能参数1、响应率2、噪声3、比探测率4、光谱特性5、频率响应及响应时间6、温度特性1、响应率由此可知，光伏探测器的响应率与器件的工作温度及少数载流子浓度和扩散有关，而与器件的外偏压无

6、关，这是与光电导探测器的不相同的。2、噪声3、比探测率光伏探测器可表示为零偏电阻往往也是光伏探测器的一个重要参数，它直接反应了器件性能的优劣。当光伏探测器受热噪声限制时，提高探测率的关键在于提高结电阻和界面积的乘积和降低探测器的工作温度当光伏探测器受背景噪声限制时，提高探测率主要在与采用减小探测器视场角等办法来减少探测器接收的背景光子数4、光谱特性和其他选择性光子探测器一样，光伏探测器的响应率随人射光波长而变化。近红外和可见光波段所用的光伏探测器材料多是硅和锗5、频率响应及响应时间6、温度特性五

7、．光电探测器应用1.光电池及应用光电池是一种无需外加偏压就能将光能转换成电能的光伏探测器。光电池可以分为两大类：太阳能光电池和测量光电池。太阳能光电池主要用作电源，对它的要求是转换效率高、成本低，由于它具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、在空间能直接利用太阳能转换电能的特点，因而不仅仅成为航天工业上的重要电源，还被广泛地应用于供电困难的场所和人们日常生活中。测量光电池的主要应用时作为光电探测用，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号，对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、

8、稳定性好、寿命长，被广泛应用在光度、色度、光学精密计量和测验试中（1）光电池的结构光电池是用单晶硅组成的，在一块N型硅片上扩散P型杂质，形成一个扩散np结；或在P型硅片扩散N型杂质，形成pn结，在焊上两个电极。P端为光电池正极，N端为负极，一般在地面上应用作光电探测器的多为np型。pn型硅光电池具有较强的抗辐射能力，适合空间应用，作为航天的太阳能电池。下图为是硅光电池结构示意图。（2）光电池的应用主要有两个方面，一是作为光电探测器件，二是将太阳能转变为电能。利用光电池作为探测器件，有着光敏面积打