S2光电探测器件课件.ppt

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1、C2光电探测器件理学院宋旸22光电探测器件2.1光电探测器的物理效应2.2光电探测器的性能参数2.3外光电效应型光电探测器2.4内光电效应型光电探测器2.5固体成像器件2.6光电探测光源3内光电效应型探测器42光电探测器件42.4内光电效应型光电探测器内光电效应光电导效应（均质型光电器件）半导体中束缚电荷接收光子能量后离开平衡位置，进入导电能带，改变了半导体中非平衡载流子的浓度，从而影响其导电性能。光生伏特效应（结型光电器件）光生电子聚集在PN结附近，改变平衡状态下的内建电场强度，形成光生电动势。52.4内光电效应型光电探测器2.4.1光电导型光探测器光敏

2、电阻2.4.2pn结光伏探测器的工作模式2.4.3光电池2.4.4光电二极管与光电三极管2.4.5特殊结型光电二极管62.4.1光电导型光探测器光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。对于本征型，可用来检测可见光和近红外辐射对于非本征型可以检测波长很长的辐射72.4.1光电导型光探测器82.4.1光电导型光探测器结构：由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。光敏电阻在电路中的符号9①光电导效应半导体受光照后，吸收光子能量产生电子－空穴对，引起载流

3、子浓度增加而使材料电导率增加的现象。导体的电导率欧姆定律微分形式漂移速度：电子在电场作用下沿着电场的反方向作定向运动称为漂移运动，定向运动的速率称为漂移速度。2.4.1光电导型光探测器–特性10①光电导效应当导体内部电场恒定时，载流子应具有一个恒定不变的平均漂移速度，电场强度增大时平均漂移速度也增大。平均漂移速度的大小与电场强度成正比电导率和迁移率的关系对于半导体材料μ为迁移率，表示单位电场下电子的平均漂移速度，与材料特性有关2.4.1光电导型光探测器–特性112.4.1光电导型光探测器–特性①光电导效应半导体材料无光照时暗电导有光照时电导率增量光电导122

4、.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益光生载流子的产生率α半导体吸收系数η量子效率N单位时间内入射在单位面积上的光子数132.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益光生载流子浓度变化率τn、τp电子和空穴的平均寿命稳定状态时载流子浓度稳态时光电导率142.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益流过外电路的电流密度光电流152.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益描述光作用下外电路电流的增强能力。增益：光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。162.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益172.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益电子的输运

5、时间为例：计算硅光电导体的增益。考虑n型硅光电导体，其长度为L=100μm，横截面积为A=，少子寿命为，所加电压为V=10V。（n型硅的电子迁移率典型值为1350,空穴迁移率为480。）光电导体增益为182.4.1光电导型光探测器–特性②电流与增益单位时间流过器件的电荷数大于器件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。①减小样品长度可以大大提高增益②增加载流子的寿命也可提高增益。光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。192.4.1光电导型光探测器–特性③灵敏度光

6、电导灵敏度单位入射光辐射功率所产生的光电导率相对灵敏度增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。（结构特性）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。（材料参数）202.4.1光电导型光探测器–特性④光电特性光电流与照度的关系：：光照指数：电压指数弱光时，I与照度E成线性关系强光时，光电流与照度成抛物线欧姆接触光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈饱和趋势。（冷却可以改善）212.4.1光电导型光探测器–特性⑤暗电阻和亮电阻光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，一般情况下

7、，暗电阻都大于10兆，受光照时的阻值称为亮阻。暗阻与亮阻的比值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越大，灵敏度越高。222.4.1光电导型光探测器–特性⑥伏安特性在一定的光照下，光电流I与所加电压Ｕ的关系光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数半导体，当电场强度超过104伏特/厘米（强光时），不遵守欧姆定律。硫化镉例外，其伏安特性在100多伏就不成线性了232.4.1光电导型光探测器–特性⑥伏安特性伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点。242.4.1光电导型光探测器–特性光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工作，其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率

8、又和其面积大小、散热情况有关。⑥伏安特性252.4.