光电子技术课件ppt5

n n0 n p p0 p n p
光电子技术与应用
光电导效应
对于本征半导体，光照每秒钟产生的电子 空穴对数为N，则有： N n n Al N p p Al
A A eN G en n p p 2 n n p p l l l
eN 为光辐射每秒钟激发的电荷量
光电子技术与应用
光电导效应
由于光电导的增加导致外电路电流的产生
由上式可以看出，电流增量并不等于每秒钟 电荷量，于是定义光电导体的电流增益：
eNV i VG 2 n n p p l
i V M 2 n n p p eN l
光电子技术与应用
光电子技术与应用
§5.2光电检测器件特性参数 （1）响应度——积分灵敏度
指的是在一定条件下，单位光（辐射）量 所产生的光电流（电压）大小。 R=I/Φ 由于各种器件使用的范围及条件不一致， 因此灵敏度有各种不同的表示法。A/lm or A/W or V/W.
光电子技术与应用
探测器的量子效率
dn电 dn光 / dt dt
探测器的光电转换定律
e i t Pt hv
电流源 平方律探测器—非线性探测器
光电子技术与应用
光电探测器的分类
热电检测器件和光子检测器件。 热电检测器件是利用热敏元件的热效应来探 测光，即通过器件吸收光辐射后温度升高， 使器件的某一参数发生变化，进而探测出输 入光信号的大小。 光子检测器是利用器件的光电效应把光信号 转变成电信号。通常光电检测器件指的就是 光子检测器件。
光电子技术与应用
（4）量子效率
单位时间单位光量子数产生的光电子数。 就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替 电流或电压。
光电子技术与应用
（5）响应时间
光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的 弛豫现象：光照射到样品后，光电导逐渐增 加，最后达到定态。光照停止，光电导在一 段时间内逐渐消失。这种弛豫现象表现了光 电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或 下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间 （惰性）。
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
所谓“等量子”就是指对不同的波长，以光 量子数计算的光强是相同（相同的光子流） 之下测量的结果。 波长越长，单位光能所含的光子数越多。
光电子技术与应用
例：硅光电二极管典型的光谱响应曲线
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
不同的半导体光电导材料由于有不同的禁 带宽度，对应有不同的光谱曲线。每条曲 线都有一个峰值，峰值的长波方面曲线迅 速下降。因此光谱分布有一长波限。可以 从各条曲线的长波限来确定半导体材料的 禁带宽度。
光电子技术与应用
（5）响应时间
对周期变化的光强，光电器件的弛豫 时间如果比周期长得多，那么就不能 反映光强的变化。从光电导的机构来 看，弛豫现象表现为在光强变化时， 光生载流子的积累和消失的过程。
光电子技术与应用
（6）探测器的探测能力
暗电流 Id
当探测器没有接收到光照时输出的电流。
噪声 N 信噪比：S/N 等效噪声功率 NEP
（1）响应度——积分灵敏度
光电导体的灵敏度表示在一定光强下 光电导的强弱，即光电转换器件的转换
效能。
由于探测器波长选择性存在，其响应 度与光辐射的光谱成分有关。一般情 况以A光源（色温为2856K的钨灯） 作为标准源获得的结果。
光电子技术与应用
（1）响应度——积分灵敏度
光电导与光强有下面两种关系：线性和抛物 线性。光电导材料在较低光强下一般都具有 线性，但有的材料在较高光强时，光电导与 光强的平方根成正比，为抛物线性。
光电子技术与应用
8、光电转换定律
光功率—光子流； 光电流—电荷量时变量
dn光 dE Pt hv dt dt dn dQ i t e 电 dt dt
D是探测器的光电转换因子
e i t DP t D hv
光电子技术与应用
8、光电转换定律
第五章 光辐射的探测技术
光电子技术与应用
主要内容：
1、各种光电探测物理效应 2、光电探测器的性能参数和噪声 3、各种光电探测器
光电导探测器
光敏电阻
光伏探测器
光电二极管 太阳能电池
光电子技术与应用
§5.1 光电探测器的物理效应
1、正确理解光电探测器的含义 2、光子效应：光子的性质决定产生的光电 子；引起物质内部电子状态的改变。表现出 对光波频率的选择性。响应快 3、光热效应：探测其吸收光辐射能量后， 并不是直接引起内部电子状态的变化，而是 把光能转化为热能，引起温度升高，结果使 探测元件的电学性质和其他物理性质发生变 化。 响应慢
PMT的灵敏度之高是 一般光电器件达不到 的，广泛用于微弱光 测量中。
光电子技术与应用
2. 光敏电阻（PR）
光电子技术与应用
3. 光电二极管、光电池
光电子技术与应用
3. 光电二极管、光电池
光电子技术与应用
4、光敏三极管
光电子技术与应用
5、光偶
光电子技术与应用
光电子技术与应用
光电子技术与应用
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
由本征激发产生的光电导称为本征光电导， 由杂质激发所产生的光电导称为杂质光电 导。 光谱分布问题首先是光生载流子的激发问 题，即是说某种波长的光能否激发出非平 衡载流子以及效率如何的问题。
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
光电子技术与应用
（7）探测器光谱响应的测量
绝对测量 相对测量
替代法 直接比较法：分束方案
半反半透 旋转反射镜 光纤分束
光电子技术与应用
§5.3 几种光电探测器
光电子技术与应用
1. 光电倍增管(PMT)
利用外光电效应原理 阴极电子发射，被阳 极多次加速撞击倍增。
6、热电探测器
通常将热敏材料涂黑，他对很广的波长范围 的光全部吸收，即各波长吸收率相同，无波 长选择性。那么它温度参数的输出就于波长 无关，而只与单位时间内器件所接收到的光 辐射能量成正比。不过热效应较光效应慢得 多，因而时间长数大。
光电子技术与应用
光电子技术与应用
（2）光谱响应度
光谱响应度就是指不同波长处的响应度，又称为 光谱灵敏度。 如果探测器对波长为λ的光辐射通量Φλ产生的输 出电流为I，则其光谱响应度为：
R（λ）=I/Φλ
光电子技术与应用
（3）光谱响应特性曲线
分“等能量”曲线和“等量子”曲线
所谓“等能量”就是指不同的波长下所用的 光能量流是相等的。由于短波的每一个光子 的能量较大，每一个光子的能量较大，因此 在相同的光能量流的情况下，短波方面的光 子数目较少。
光电子技术与应用
§5.1 光电探测器的物理效应
4、光电发射效应： 电子动能=光子能量-功函数 发射条件：截止波长=1.24/E（um) 5、光电导效应：只在半导体材料中存在 热平衡状态下，单位时间内 产生=复合 电子浓度和空穴浓度分别为：n,p
n*p=ni2
本征热生载流子浓度
光电子技术与应用
光电导效应
在电场作用下，载流子产生漂移运动，其 运动效果用电导率描述：
enn ep p
A G l
如果半导体的截面积是A,在电场作用下， 载流子产生漂移运动，其运动效果用电导 率G描述：
光电子技术与应用
光电导效应
如果有光照射到半导体材料上，则会产 生新的载流子—非平衡载流子，这样新 增加的载流子会使半导体电导增加
光电子技术与应用
光伏效应
PN结的伏安特性
e id iso
eu k Bt
1
来自百度文库
光电子技术与应用
光伏效应
光伏效应：光照零偏PN结产生的开路电压效 应===光电池工作原理 光照反偏条件下，观察到的是光电流==光电 二极管
光电子技术与应用
7、光热效应
温差电效应 热释电效应—居里温度
光电子技术与应用
光电导效应
对于N型半导体，光电导体的电流增益：
n nl V M 2 n n n E V l n V M n
l tn
光电子技术与应用
6、光伏效应
形成光伏效应必须要有内建势垒，当照射光 激发出电子空穴对时，电势垒的内建电场将 把电子空穴对分开，从而在势垒两侧形成电 荷堆积，形成光生伏特效应。 PN结的零偏状态： PN结的正偏状态： PN结的反偏状态：