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时间:2020-07-26
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1、第四章光电导器件光电导效应----光照引起材料电导变化的现象称为光电导效,存在于大多数半导体和绝缘体中,是光电导器件工作的物理基础。光敏电阻的特点:①光谱响应范围宽,尤其是对红光和红外辐射有较高的响就度②偏置电压低,工作电流大③动态范围宽,既可测强光,也可测弱光④光电导增益大,灵敏度高⑤光敏电阻无极性,使用方便4.1光敏电阻的工作原理4.1.1光敏电阻的结构和分类光敏电阻(光导管)---用光电导体制成的光电器件。R1.本征型光敏电阻价带导带常温光照时价带导带常温无光照时Eg要发生光电导效应,必须满足:UgIP2.杂质型光敏电阻N价带导带低温无光照时Ed低温有光照时低温有
2、光照时P工作时温度要低---防止热激发低温无光照时Ea价带导带4.1.2光敏电阻的工作原理价带导带常温光照时无光照时:有光照时:光电导率为:定义迁移比UgIP光生载流子不断的产生也不断的复合设光生载流子的平均寿命为τ,当光敏电阻接收到的辐射通量为фs,光敏电阻的体积为V,量子效率为η,设电场强度为Ex,则光电流密度为:则光生载流子的浓度为:g载流子产生率光照增加时,光敏电阻的电导率增大,相应的光电流了增大设:光电阻上的电压为U,光电导长度为L,横截面积为A无光照时电流为----光照产生的电流为-----暗电导暗电阻光照时电流为----亮电导亮电阻光电导暗电流亮电流光电流
3、三种量之间的关系--------光电导长度对光电流的影响------4.2光敏电阻的主要的特性参数暗电阻:光敏电阻在室温条件下,在全暗时的电阻值暗电流:此时电阻加上一定的电压所通过的电流为暗电流亮电阻:光敏电阻在一定光照时的电阻值亮电流:此时电阻加上一定的电压所通过的电流为亮电流光电导:光敏电阻由光照产生的电导光电流:由光照产生的电流暗电导:光敏电阻在室温条件下,在全暗时的电导亮电导:光敏电阻在一定光照时的电导值暗电导:亮电导:光电导:4.2.1光电导灵敏度暗电流:亮电流:光电流:定义光电导灵敏度为Sg:或4.2.3量子效率入射一个光子所产生的电子或电子空穴对的数目4.
4、2.6光电特性和γ值弱光照射时:一般情况下:一般情况下:或一般照射时:强光照射时:直线性光电导EIp光电流与照度关系曲线:非线性直线性光电导或4.3光敏电阻的偏置电路和噪声4.3.1偏置电路UbRLRP或电阻值随光照度的增大而减小或或当光照变化不大时:UIU=PmaxUbUb/RLE2E3禁区UIUbRLRPIQ3Q2Q1E1E=0或输出电流变化:输出电压变化:4.3.2噪声等效电路产生复合噪声:半导体受光照时,载流子不断地产生-复合,载流子产生-复合的平均数是一定的,但某一瞬间是起伏的,这种起伏引起半导体电导率的起伏,从而使输出电流或电压值起伏,由此引入的噪声叫……-
5、---在任何电阻性材料中,载流子都会有无规则的热运动,从而引起输出电流或电压的起伏,此种噪声称为…….是最常见的一种噪声形式.----这类噪声的大小与频率成反比,因此而得名,它的产生与器件的杂质和工艺缺陷有关,但原因比较复杂.热噪声:1/f噪声:4.4光敏电阻的特点和应用4.4.1光敏电阻的特点与结型光电器件相比,光敏电阻具有以下特点:(1)产生光电变换的部位不同。光敏电阻是任何部位均可,位结型光电器件是结区附近(2)光敏电阻没极性(3)光敏电阻时间常数大,频率相应较差(4)有些结型光电器件可以有放大功能,所以输出较大,而光敏电阻没有放大功能4.4.2使用时的注意事项①
6、……②……③……④……⑤……⑥……⑦……4.4.3常见光敏电阻1.硫化镉(CdS)光敏电阻2.硫化铅(PbS)光敏电阻峰值波长:0.52μm,掺入微量铜或氯可以峰值波长变长亮暗电导比可达1011,一般为106在近红外波段比较灵敏,响应波长可达3μm,峰值探测率Dλ*=1.5*1011cm.Hz1/2/W,但响应时间长,200~300μs3.锑化铟(InSb)光敏电阻4.碲镉汞(HgCdTe)系列光敏电阻5.碲锡铅(PbSnTe)系列光敏电阻长波限可达7.5μm,峰值探测率Dλ*=1.2*109cm.Hz1/2/W,冷却到零度时,还可提高2~3倍,时间常数2*10-2μs
7、Hg1-xCdxTe系列光敏电阻是由CdTe和HgTe两种材料按不同的比例混合而成,不同的比例就有不同的光谱测量范围Hg0.8Cd0.2Te:8~14μm,峰值波长10.6μmHg0.72Cd0.28Te:3~5μmPb1-xSnxTe:光谱范围8~10μm响应率低,应用不广泛4.4.4光敏电阻的应用常用来制作光控开关,如照相机自动曝光电路、公共场所用灯的自动控制电路1.已知某本征光电导体的禁带宽度为1.5ev,某一N型光电导的导带与杂质能级之差为0.65ev,分别求出它们的阈波长是多少?并比较它们的阈波长的差别。补充习题:2.有一光敏电
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