光电检测技术 第四章ppt课件.ppt

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1、掌握内容光伏特探测器原理和特性。理解内容光伏探测器的电路偏置了解内容第4章光伏特探测器§4.1光伏特效应§4.2光伏探测器的工作模式§4.3光电池§4.4硅光电二极管和三极管第四章主要内容光生伏特效应：光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？有下面两种情况：不加偏压的PN结处于反偏的PN结§4.1光生伏特效应内光电效应§4.1光生伏特效应无光照P-N结无光照流过PN结的电流方程：一、半导体P-N结不加偏压的光照PN结当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁带宽度（E0＞Eg）,可激发出电子——空

2、穴对，在PN结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生电动势。如果用一个理想电流表接通PN结，则有由N区流向P区的电流Ip通过，称为短路光电流。基于这种效应的器件有光电池光照射P-N结一、半导体P-N结PN结中光生电子与空穴的流动，使P区的电势增高，这相当于在PN结上加一正向偏压U，这个正向电压使PN结势垒由eVD降至eVD－eU。同时，这个正向电压还引起电流Id＝Is0(eqU/KT1)流过PN结，Id的方向正好与上述光电流Ip的方向相反。所以，在入射光辐射作用下流过PN结的总电流为I=Is0(eqU/KT1)

3、Ip(另解)有光照无偏压流过PN结的电流方程：有光照时，若p-n结外电路接上负载电阻，如下图所示，此时p-n结内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，在内建电场作用下，形成的光生电流，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流相同；另一种是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，从而产生正向电流。流过p-n结的总电流是两者之差：以p-n结的正向电流的方向为正方向有光照无偏压流过PN结的电流方程：处于反偏的PN结：无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，光子能量足够大产生光生电子—空穴对，在PN结电场作用下，形成光电

4、流，电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。具有这种性能的器件有：光敏二极管、光敏晶体管.一、半导体P-N结如果给PN结加上一个反向偏置电压U，外加电压所建的电场方向与PN结内建电场方向相同，则PN结的势垒高度由eVD增加到eVD＋eU，使光照产生的电子空穴对在强电场作用下更容易产生漂移运动，提高了器件的频率特性。在光照反偏条件下工作时，观察到的光电信号是光电流，而不是光电压，这便是结型光电探测器的工作原理。从这个意义上说，反偏PN结在光照下好像是以光电导方式工作，但实质上两者的工作原理是不同的。有光照反偏压流过PN结的电流方程：I=Is0(eqU/KT1

5、)Ip正向偏置：无光电效应反向偏置：光电导工作模式零偏置：光伏特工作模式图4-2光照下PN结及其伏安特性曲线P-N结的电流电压特性根据光照PN结时流过p-n结的电流，可画出在不同照度下PN结光电器件的伏安特性曲线。§4.2工作模式第一象限正偏压，Id本来就很大，所以光电流Ip不起重要作用。第三象限反向偏压，这时Id＝Is0，它是普通二极管中的反向饱和电流，现在称为暗电流（对应于光照度E＝0），数值很小，这时的光电流（等于I-Is0）是流过探测器的主要电流，对应于光导工作模式。在第四象限中，外偏压为0，流过探测器的电流仍为反向光电流。随着光功率的不同，出现明显的

6、非线性。这时探测器的输出通过负载电阻RL上的电压或流过RL上的电流来体现，因此称为光伏工作模式。如图4-3所示，一个PN结光伏探测器就等效为一个普通二极管和一个电流源（光电流源）的并联，它的工作模式则由外偏压回路决定。如图（c）所示，在零偏压的开路状态，为光伏工作模式。如图（d）所示，当外回路采用反偏电压Ub，即外加P端为负，N端为正的电压时。无光照时的电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化。从外表看，PN结光伏探测器与光敏电阻一样，同样也具有光电导工作模式，所以称为光导工作模式.下图示出了p-n结在光伏工作模式下

7、的等效电路：光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。光电池符号4.3光电池（有源器件）太阳能手机充电器太阳能供LED电警示太阳能电池光电池（有源器件）结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅状受光电极，下电极是一层衬底铝。原理：当光照射PN结的一个面时，电子——空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般可产生0.2V～0.6V电压50mA电流。光电池结构光电池工作原理图光

8、电池（有源器件）光电池的