光电导器件(光敏电阻).ppt

五,半导体光电导器件：利用半导体材料的光电导效应制成的。光电导效应（内光电效应）：表示材料（或器件）受到光辐射后，材料（或器件）材料的电导率发生变化。,原理及结构特性参数特点典型电路应用,本章主要内容：,5-1工作原理和结构,1、原理：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。光电转换：当光照射到光电导体上，由光照产生的光生载流子在外加电场作用下，沿一定方向运动，电路中产生电流。,a.本征型：可用来检测可见光和近红外辐射b.非本征型（N型为主）：可以检测波长很长的辐射,2、结构：组成：它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。,三种形式梳状式玻璃基底上蒸镀梳状金属膜而制成；或在玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽，在槽内填入黄金或石墨等导电物质，在表面再敷上一层光敏材料。如图所示。,绝缘基底,光电导体膜,刻线式在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔，将其刻划成栅状槽，然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。其结构如下图所示。,涂膜式（夹层式）在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构如右下图所示。2、光敏电阻在电路中的符号,5-2主要特性参数,1、光电流及增益无光照时流过器件的电流称暗电流，由入射光引起的称光电流。,增益可理解为：样品中每产生一个光生载流子所构成的流入外电路的载流子数。即：减少电极间的间距L，适当提高工作电压，对提高G值有利。若G1,即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。,由上式可知：、减小样品长度可以大大提高增益；、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。,2.光电导灵敏度（P107）定义为光电导与输入光照度E之比。：光电导（西门子S）E：照度（勒克斯lx）：入射通量（流明lm),注意：灵敏度与光电增益的区别（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。（2）增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。,材料特性,结构参数,3、光电特性(P107)光电流与照度的关系：光照指数由图可知：（1）弱光时，与照度成线性关系即得（2)强光时，光电流与照度成抛物线，即得,强光照下光电特性的分析：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）,4、伏安特性：在一定的光照下，光电流与所加电压的关系一定的光照下，与电压的关系;相同的电压下，与光照的关系,说明：（1)光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律。（2）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，而功耗功率又和其面积大小、散热情况有关。（3）伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点。,5、温度特性：温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度、光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵敏度，必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导体受温度影响更明显。,6前历效应指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。暗态前历效应：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后光电流上升的越慢程度。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。,1-黑暗放置3分钟后2-黑暗放置60分钟后3-黑暗放置24小时后,亮态前历效应：光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。其效应曲线如下图所示。,7、暗电阻和暗电流：光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，一般情况下，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。,8、噪声特性：热噪声、产生复合噪声、噪声与调制频率的关系如下所示：（1）红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的（2）制冷可降低热噪声（3）恰当的偏置电路，可使信噪比最大,9、光谱特性：相对灵敏度与波长的关系可见光区光敏电阻的光谱特性光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515600nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。,红外区光敏电阻的光谱特性注明：此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。,总结：光敏电阻的特点,1、优点：灵敏度高，光电导增益大于1工作电流大，可达数毫安，无极性之分光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度所测光强范围宽，可测强光、弱光,2、不足：强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长受温度影响大由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应,5-3常用光敏电阻（P109）,5-4光敏电阻的电路,1、基本偏置电路：,2、恒流偏置电路：恒流偏置电路：采用稳压管D,故不变，所以不变，因此也不变。,3、恒压偏置电路：同样不变，故不变，由于减小，故增