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1.光电二极管的灵敏度
定义光电二极管的电流灵 敏度为入射到光敏面上辐射量
的变化（例如通量变化dΦ）引
起电流变化dI与辐射量变化之 比。
Si
dI d
q
hc
(1 ed )
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（3-3）4
显然，当某波长λ的辐射作用于光电二极管时，其
电流灵敏度为与材料有关的常数，表征光电二极管的光
电转换特性的线性关系。必须指出，电流灵敏度与入射
红外辐射通过探测窗口投射到热敏元件上，引起元件的电阻变 化。为了提高热敏元件接收辐射.精的品课能件.力，常将热敏元件的表面进2行0 黑化处理。
热敏电阻的参数
热敏电阻探测器的主要参数有：
（1）电阻-温度特性
热敏电阻的阻温特性是指实际阻值与电阻体温度之间的依赖关系， 这是它的基本特性之一。电阻温度特性曲线如图5-1所示。
这个条件)的电流，称为反
向电流或暗电流。
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当光辐射作用到如图3-1（b）所示的光电二极管上时， 光电二极管的全电流方程为
I
q
hc
(1
exp(d ))Φe,
Id
(1
exp(qU
/
k T))
（3-2）
式中η为光电材料的光电转换效率，α为材料对光的吸收系数。
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如何正确理解光电二极管的灵敏度：
光电二极管的噪声包含低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声InT等 3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管的主要噪声，低频噪声和 热噪声为其次要因素。
散粒噪声是由于电流在半导体内的散粒效应引起的，它与电流
的关系
I2 ns
2qIf
(3-6)
光电二极管的电流应包括暗电流Id、信号电流Is和背景辐射引 起的背景光电流Ib，因此散粒噪声应为
光电子技术 复习专题二
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第三章 如何正确理解光电二极管的全电流方程？
在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二极管的
正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样，如图3-2所示。其 电流方程为
I
I
D
q
e
U
kT
1
（3-1）
ID为U为负值（反向偏置时） 且 U >> kT q 时(室温下 kT/q≈0.26mV，很容易满足
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热敏电阻
❖ 5.2.1 热敏电阻
1. 热敏电阻及其特点
凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻改变，导致负载电阻两端电压 的变化，并给出电信号的器件叫做热敏电阻。
相对于一般的金属电阻，热敏电阻具备如下特点：
①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一 般金属电阻大10～100倍。
2. 热敏电阻的原理、结构及材料
半导体材料对光的吸收除了直接产生光生载流子的本征吸收和杂 质吸收外，还有不直接产生载流子的晶格吸收和自由电子吸收等， 并且不同程度地转变为热能，引起晶格振动的加剧，器件温度的上 升，即器件的电阻值发生变化。
由于热敏电阻的晶格吸收，对任源自文库能量的辐射都可以使晶格振
动加剧，只是吸收不同波长的辐射，晶格振动加剧的程度不同而已，
目前，用来制造PN结型光电二极管的半导体材料主要有硅、
锗、硒和砷化镓等，用不同材料制造的光电二极管具有不同的
特性。
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噪声
由于雪崩光电二极管中载流子的碰撞电离是不规则的，碰撞后 的运动方向更是随机的，所以它的噪声比一般光电二极管要大些。 在无倍增的情况下，其噪声电流主要为如式（3-6）所示的散粒噪声。 当雪崩倍增M倍后，雪崩光电二极管的噪声电流的均方根值可近似 由下式计算。
②结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。
③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。
④阻值与温度的变化关系呈非线性。
⑤不足之处是稳定性和互换性较.精差品课。件.
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大部分半导体热敏电阻由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结 而成。多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻 值下降，同时灵敏度也下降。由于这个原因，限制了它在高温情况 下的使用。
I
2 n
2qIM
n f
（3-15）
式中指数n与雪崩光电二极管的材料有关。对于锗管，n=3；对于硅 管为2.3<n<2.5。
显然，由于信号电流按M倍增加，而噪声电流按Mn/2倍增加。因
此，随着M增加，噪声电流比信.精号品课电件流. 增加得更快。
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倍以上。所以热敏电阻探测器常用半导体材料制作而很少采用贵重
的金属。
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由热敏材料制成的厚度为0.01mm左右的薄片电阻（因为在相同的入 射辐射下得到
较大的温升）粘 合在导热能力高 的绝缘衬底上， 电阻体两端蒸发 金属电极以便与 外电路连接，再 把衬底同一个热 容很大、导热性 能良好的金属相 连构成热敏电阻。
I2 ns
2q(Id
I I S.精品课件b. ) f
(3-7)
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根据电流方程，并考虑反向偏置情况，光电二极管电流与 入射辐射的关系 ，得到
I2 ns
2q2 (Φs
hc
Φb ) f
2qIdf
再考虑负载电阻RL的热噪声
I
2 n
2q2 (Φs
hc
Φb ) f
2qIdf
4KTf RL
(3-8) (3-9)
图5-1所示分别为半导体材料和金属材料（白金）的温度特性曲
线。白金的电阻温度系数为正值，大约为±0.37%左右；将金属氧
化物（如铜的氧化物，锰-镍-钴的氧化物）的粉末用黏合剂黏合后，
涂敷在瓷管或玻璃上烘干，即构成半导体材料的热敏电阻。半导体
材料热敏电阻的温度系数为负值，大约为-3%~-6%，约为白金的10
辐射波长λ的关系是复杂的，定义光电二极管的电流灵
敏度时通常定义其峰值响应波长的电流灵敏度为光电二
极管的电流灵敏度。在式（3-3）中，表面上看它与波长
λ成正比，但是，材料的吸收系数α还隐含着与入射辐
射波长的关系。因此，常把光电二极管的电流灵敏度与
波长的关系曲线称为光谱响应。
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光电二极管的噪声
因此，热敏电阻无选择性地吸收各种波长的辐射，可以说它是一种
无选择性的光敏电阻。
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一般金属的能带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外 界光作用引起的自由电子密度相对变化较半导体而言可忽略不计。 相反，吸收光以后，使晶格振动加剧，妨碍了自由电子作定向运动。 因此，当光作用于金属元件使其温度升高，其电阻值还略有增加， 也即由金属材料组成的热敏电阻具有正温度系数，而由半导体材料 组成的热敏电阻具有负温度特性。