第四章-光电导器件要点.ppt

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 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 偏置电压低 工作电流大 动态范围宽 既可测强光 也可测弱光 光电导增益大 灵敏度高 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 1 本征型光敏电阻 要发生光电导效应 必须满足 2 杂质型光敏电阻 工作时温度要低 防止热激发 4 1 2光敏电阻的工作原理 无光照时 有光照时 光电导率为 定义迁移比 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 当光敏电阻接收到的辐射通量为 s 光敏电阻的体积为V 量子效率为 设电场强度为Ex 则光电流密度为 则光生载流子的浓度为 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 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 2 6光电特性和 值 弱光照射时 一般照射时 强光照射时 直线性光电导 光电流与照度关系曲线 非线性 4 3光敏电阻的偏置电路和噪声 4 3 1偏置电路 或 电阻值随光照度的增大而减小 或 或 当光照变化不大时 E3 禁区 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 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 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 52 m 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3 m 峰值探测率D 1 5 1011cm Hz1 2 W 但响应时间长 200 300 s 3 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 5 m 峰值探测率D 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 2 s 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 14 m 峰值波长10 6 mHg0 72Cd0 28Te 3 5 m Pb1 xSnxTe 光谱范围8 10 m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 有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax 负载电阻也已确定为RL 为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作 试证明电源电压的选择必须满足 3 设有一光电池 暗态下的电导为Gd 2x10 8S 西门子 在入射辐射通量为10mw时 光敏电阻的阻值R 1x104 已知负载电阻RL 2x104 外电源电压Ub 150v 试求当入射辐射通量从9 5mw变化到10 5mw变化时 输出电流和输出电压的变化值 4 光敏电阻适用作光控继电器 如