第四章 光电导器件

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效效,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：①光谱响应范围宽，尤其是对红光和红外辐射有较高的响应度②偏置电压低，工作电流大③动态范围宽，既可测强光，也可测弱光④光电导增益大，灵敏度高⑤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。R1.本征型光敏电阻价带导带常温光照时价带导带常温无光照时Eg要发生光电导效应，必须满足：UgIP2.杂质型光敏电阻N价带导带低温无光照时Ed低温有光照时低温有光照时P工作时温度要低---防止热激发低温无光照时Ea价带导带4.1.2光敏电阻的工作原理价带导带常温光照时无光照时：有光照时：光电导率为：定义迁移比UgIP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τ，当光敏电阻接收到的辐射通量为фs，光敏电阻的体积为V，量子效率为η，设电场强度为Ex,则光电流密度为：则光生载流子的浓度为：g载流子产生率光照增加时，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暗电流亮电流光电流三种量之间的关系--------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γ值弱光照射时：一般情况下：一般情况下：或一般照射时：强光照射时：直线性光电导EIp光电流与照度关系曲线：非线性直线性光电导或4.3

光敏电阻的偏置电路和噪声4.3.1偏置电路UbRLRP或电阻值随光照度的增大而减小或或当光照变化不大时:UIU=PmaxUbUb/RLE2E3禁区UIUbRLRPIQ3Q2Q1E1E=0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①……②……③……④……⑤……⑥……⑦……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：0.52μm,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3μm,峰值探测率Dλ*=1.5*1011cm.Hz1/2/W,但响应时间长，200~300

μs3.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7.5μm

，峰值探测率Dλ*=1.2*109cm.Hz1/2/W,冷却到零度时，还可提高2~3倍,时间常数2*10-2μsHg1-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：8~14μm

，峰值波长10.6μm

Hg0.72Cd0.28Te：3~5μm

Pb1-xSnxTe:光谱范围8~10μm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=1x104Ω,已知负载电阻RL=2x104Ω,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.UbRLUoRU4.光敏电阻适用作光控继电器。如图所示，一光敏电阻与晶体管相连，