第四章-光电导材料及器件ppt课件.ppt

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1、第四章光电导材料及器件数码相机为什么能实现自动曝光？一、光电导型探测器光敏电阻光敏电阻结构示意图利用半导体光电导效应制成的器件称为光电导探测器，简称PC（Photoconductive）探测器－－又称为光敏电阻①光谱响应：紫外－－远红外②工作电流大，可达数毫安③可测强光，可测弱光④灵敏度高，光电导增益大于1⑤无极性光电导探测器的特点1.光电导探测器的定义及特点：平衡载流子浓度及其迁移率决定暗电导率非平衡载流子注入产生附加电导率若∆σ由光照注入的非平衡载流子所产生时，称之为光电导率能产生光电导效应的材料称为光电导体Ⅱ－Ⅵ、Ⅲ－V族

2、化合物，硅、锗以及一些有机物等2、半导体材料的电导率光敏电阻演示当光敏电阻受到光照时，载流子浓度增加，电导率增大。暗电流（越小越好）暗态时3.光电导效应的分类按基本激发过程分类本征光电导探测器杂质光电导探测器光子能量大于半导体的禁带宽度，使电子从价带激发到导带而改变其电导率入射辐射激发杂质能级上的电子或空穴而改变其电导率1.极低温度下工作；2.常用N型为红限波长1、杂质吸收和光电导的长波限比本征吸收和光电导长波限要大得多杂质光电导与本征光电导比较2、杂质吸收和杂质光电导比本征吸收和本征光电导弱得多3、杂质光电导必须低温下工作以避

3、免杂质中心的热电离并使暗电导保持低值4、本征光电导光的吸收深度可以浅得多，光电导的出现仅限于接近表面的薄层杂质光电导吸收深度大，必须把光电导样品做得比较厚5、本征光电导同时产生等量的自由电子和自由空穴，两者都对光电导作出贡献；杂质光电导来说，只激发一种自由载流子(电子或空穴)6、杂质光电导和本征光电导对光强的依从关系不同光电导器件材料禁带宽度（eV）光谱响应范围（nm）峰值波长（nm）硫化镉（CdS）2.45400～800515～550硒化镉（CdSe）1.74680～750720～730硫化铅（PbS）0.40500～3000

4、2000碲化铅（PbTe）0.31600～45002200硒化铅（PbSe）0.25700～58004000硅（Si）1.12450～1100850锗（Ge）0.66550～18001540锑化铟（InSb）0.16600～70005500砷化铟（InAs）0.331000～40003500常用光电导材料4.稳态本征光电导设样品均匀地受到总功率：E样品受照表面的反射系数：R量子效率：η<1样品的厚度足够大，透过入射面的光全被吸收，吸收的光子数：样品中每秒钟内产生的总电子-空穴对数目稳态非平衡载流子数稳态光电导暗电导稳态光电流U：

5、施加电压迁移率应该大平均寿命长量子效率大反射低长度应短5.光电导灵敏度1)比灵敏度稳态光电导和电极之间距离平方的乘积除以入射的光功率见（3.稳态本征光电导）载流子寿命越高，比灵敏度就越高量子效率越高，比灵敏度就越高光电导增益比灵敏度相对光电导响应度2)光电导增益G一秒钟内每一个吸收的光子在两个电极之间所通过的载流子数目载流子迁移率和寿命越长，光电导增益就越大样品长度缩短也可以使光电导增益增大渡越时间吸收一个光子产生的载流子可以在电极之间多次通过，对光电导作出贡献比灵敏度和光电导增益之间的关系高灵敏度材料制成的器件光电导增益也高如

6、何提高G?选用平均寿命长、迁移率大的半导体材料；减少电极间距离；适当加大偏压参数选择合适时，M值可达102量级3)相对光电导——稳态光电导与暗电导之比需规定测量时所用的光强度用高阻材料制成光敏电阻器或在低温下使用1）本征光电导探测器的响应度稳态情况下分两种情况讨论不考虑载流子浓度梯度及表面复合考虑载流子浓度梯度及表面复合本征光电导稳态方程4)光电导探测器的响应度(a)不考虑载流子浓度梯度及表面复合不考虑载流子的浓度梯度探测器内各处载流子浓度是均匀的，即体激发率也是均匀的其解为光生载流子浓度与体平均激发率成正比，与载流子寿命成正比

7、光电导探测器的几何模型光电导探测器光生载流子的电流密度为对于本征光电导有：其中：故光生电流为若无信号时的电阻(暗电阻)为Rd，则开路电压为探测器的响应度为又：故：ρ：反射率对于本征光电导，其暗电阻率为故：p0:无信号照射时空穴的浓度P0由两部分构成：热激发和背景辐射产生的光生载流子下标t：热激发下标b：背景辐射从而：讨论响应度与光生载流子寿命τ成正比响应度与无信号时的载流子浓度成反比响应度与外加电场成正比考虑到焦耳热，外加电场应有一个最佳值在满足αd﹥﹥1的条件下，减少探测器厚度也对提高响应度有利减少反射，镀增透膜也对提高响应度

8、有利响应度与光电转换量子效率成正比(b)考虑载流子浓度梯度及表面复合体内的稳态方程L：载流子扩散长度边界条件：微分方程的解为：响应度为：要提高器件的响应度应尽量降低表面复合速度SV并尽可能减少d提高载流子寿命τ降低无信号时的载流子浓度——低温、滤除杂散光适当提高