光电导器件
光敏电阻是一种典型的光电导器件
光敏电阻是一种典型的光电导器件。
所谓光电导效应是表示材料或器件受到光辐射后, 材料或器件的电导率发生变化。
光敏电阻和其它半导体光电器件相比有以下特点光谱响应范围宽。
根据光电导材料的不同, 光谱响应可从紫外光、可见光、近红外扩展到远红外, 尤其对红光和红外辐射有较高的响应度。
工作电流大, 可达数毫安。
所测光强范围宽, 既可测强光也可测弱光。
灵敏度高, 光导电增益大于, 偏置电压低, 无极性之分, 使用方便。
其缺点是在强光照射下光电转换线性较差。
光电驰豫过程较长, 频率响应很低。
根据半导体材料的分类, 光敏电阻有两种类型。
一种是本征型光敏电阻, 另一种是掺杂型光敏电阻。
掺杂型光敏电阻中型半导体材料制成的光敏电阻性能稳定, 特性较好, 故被广泛采用。
光敏电阻若按它的光谱特性及最佳工作波长范围可分为三类一类是对紫外光敏感的光敏电阻, 如硫化福和硒化福等。
一类是对可见光敏感的光敏电阻, 如硫化钝等。
另一类是对红外光敏感的光敏电阻, 如硫化铅等。
常见的光敏电阻有硫化锡光敏电阻、硫化铅光敏电阻、锑化锢光敏电阻、谛福汞系列光敏电阻等。
光敏电阻的工作原理是在其两极加上一定电压后, 当光照射光电导体时, 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。
在电路中产生电流, 达到光电转换的目的。
光敏电阻的光电流与人射的光系数、量子效率和光电导体长度有关。
在设计光敏电阻时, 常设法使减小, 使光电流增大。
的光敏面通常制成梳型状, 目的就是减小, 提高内部增益, 从而提高元件的响应度。
光敏电阻的基本偏置电路如图所示。
为光敏电阻, 为负载电阻, 为偏置电压为光敏电阻两端电压。
从图中可知二, ·当时, 二。
即负载电流与光敏电阻无关, 近似为常数。
此时为恒流偏置。
当时, 。
因此光敏电阻电压近似等于。
此时为恒压偏置。
当时, 表示负载匹配, 探测器输出功率最大。
此时的工作状态为恒功率偏置。
光敏电阻的主要参数有光导电增益表示长度为的光导电体两端加上电压后, 由光产生的光生载流子在电场的作用下所形成的外部光电流与光电子形成的内部电流之间的比值。
第2章光电导器件
下降时间τ 远大于上升时间τ 下降时间 f远大于上升时间 r
17
强辐射作用情况下的下降时间远大于上升时间的原因： 强辐射作用情况下的下降时间远大于上升时间的原因： 当停止辐射时， 当停止辐射时，由于光敏电阻体内的光生电子和光生 空穴需要通过复合才能恢复到辐射前的稳定状态， 空穴需要通过复合才能恢复到辐射前的稳定状态，而且随 着复合的进行，光生载流子数密度在减小， 着复合的进行，光生载流子数密度在减小，复合几率在下 所以停止辐射的过度过程要远远大于入射辐射的过程。 降，所以停止辐射的过度过程要远远大于入射辐射的过程。 光敏电阻的暗电阻与其检测前是否被曝光有关， 光敏电阻的暗电阻与其检测前是否被曝光有关，这称 前例效应。 为光敏电阻的前例效应 为光敏电阻的前例效应。 受时间响应的 限制， 限制，光敏电阻的光 照频率必然受到限制， 照频率必然受到限制， 频率特性曲线反应这 种限制。如图PbS频 种限制。如图 频 率特性较好。 率特性较好。
光敏电阻为多数载流子导电的光电器件， 光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂的温度 特性。 特性。 以室温（ ℃ 以室温（25℃）的相对 光电导率为100%，观测光 光电导率为 ， 敏电阻的相对光电导率随温 度的变化关系， 度的变化关系，可以看出光 敏电阻的相对光电导率随温 敏电阻的相对光电导率随温 度的升高而下降， 度的升高而下降，光电响应 特性随着温度的变化较大。 特性随着温度的变化较大。 这是因为温度越高， 这是因为温度越高，晶格振 动对电流的阻碍就越大。 动对电流的阻碍就越大。
暗电阻和暗电导：室温下， 暗电阻和暗电导：室温下，光敏电阻在全暗时的电阻和电导 gd 亮电阻和亮电导： 亮电阻和亮电导：光敏电阻在一定光照时的电阻和电导 g 光电导： 光电导：光敏电阻由光照产生的电导
光电导效应的光电器件 -回复
光电导效应的光电器件-回复光电导效应（photoconductive effect）是指材料在受到光照射时其电导性能发生变化的现象。
光电导效应可用于制造各种光电器件，如光电导电阻器、光电导电流器等。
本文将以光电导效应的光电器件为主题，逐步回答相关问题，解释其中的原理和应用。
第一部分：光电导效应的原理光电导效应是指材料在光照射下产生额外的自由载流子（电子和空穴），从而改变其电导性能。
这种效应的基本原理可以通过半导体材料的能带结构来解释。
半导体材料的能带结构分为价带和导带。
当物质处于基态时，价带中的电子几乎全部填满，导带中没有电子。
当光照射到材料上时，光子的能量可能被部分或全部转化为电子激发能，使得部分电子从价带跃迁到导带中，形成自由电子和空穴。
自由电子和空穴的产生增加了材料中的载流子浓度，进而提高了材料的电导率。
第二部分：光电导器件的基本结构和工作原理光电导器件利用光电导效应实现信号的转换和控制。
其中最常见的光电导器件是光电导电阻器，它由一块光敏材料和接线块组成。
光电导电阻器的基本结构如下：首先，将光敏材料片置于透明基板上。
材料选择上常采用石英、硅等半导体材料；然后，在光敏材料上薄膜形成一对电极，电极可采用导电材料如金属等制成；最后，通过接线块将电阻器与电路连接，形成一个封装完整的器件。
当光照射到光敏材料上时，光子的能量被转化为电子激发能，从而增加光敏材料中的自由载流子浓度。
这导致了光敏材料的电导率发生变化，从而改变了器件的电阻值。
当光照的强度增加时，材料中电子和空穴的浓度也增加，电导率增大，电阻值减小；反之，当光照的强度减小或消失时，电导率减小，电阻值增大。
第三部分：光电导器件的应用光电导器件由于其对光照射的敏感性以及其响应速度快等特点，被广泛应用于光电器件领域。
1. 光敏电阻：光敏电阻是光电导器件的一种应用。
它可以根据光照的强度变化调节电路的电阻值，从而实现光敏控制与信号检测。
2. 光敏开关：光敏开关是通过光电导效应控制开关状态的器件。
光电导器件
入射光
光电导材料
Ip Ubb
I
两种类型光敏电阻能带图
本征吸收
要发生本征吸收,光子能量必须大于 材料禁带宽度,即 hv≥Eg或hc/λ≥Eg本 征吸收在长波方向必存在一个界限 λo=h×c/Eg=1.24/Eg(μm) h----普朗克常数为 6.62*10-34JS c----光在真空中的传播速3*108m/s
光敏电阻响应特性曲线
光敏电阻采用交变光照时，其输出将随入 光敏电阻采用交变光照时， 射光频率的增加而减小。 射光频率的增加而减小。
几种光敏电阻的频率特性曲线 1-硒化镉 2-硫化镉 3-硫化铊 4-硫化铅 硒化镉 硫化镉 硫化铊 硫化铅
9、噪声特性 、
光敏电阻的固有噪声主要有三种：热噪 声、产生－复合噪声及 1/f 噪声。
4.7nF
150kΩ
C4
VDW
6V
820kΩ PbS
R3
1kΩ
32kΩ
光敏电阻的电极常采用梳状图案， 光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的 电极常采用梳状图案 掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。 掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。
光电导材料的两侧为金属导 电材料， 电材料，并在其上设置电极
为什么采用以上结构？ 为什么采用以上结构？ 减小光敏电阻两极间的距离可以大大提高增益； 减小光敏电阻两极间的距离可以大大提高增益； 光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这 光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这 蛇形 梳状 样即可以保证有较大的受光表面， 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，从而可减小极间电子渡越时间， 电极之间距离，从而可减小极间电子渡越时间， 有利于提高灵敏度。 有利于提高灵敏度。
什么是光的光电探测器和光电导
什么是光的光电探测器和光电导？光的光电探测器和光电导是光电传感器的重要类型，用于检测和测量光信号。
本文将详细介绍光的光电探测器和光电导的原理、结构和应用。
1. 光电探测器（Photodetector）的原理和结构：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它基于光子的能量被半导体材料吸收，激发带载流子，从而形成电流的原理。
最常见的光电探测器类型是光电二极管（Photodiode）和光电倍增管（Photomultiplier Tube），前文已经详细介绍过。
除了这两种常见类型，还有其他一些光电探测器，如光电晶体管、光电场效应晶体管和光电导等。
光电探测器的结构和工作原理与具体的类型有关。
总体而言，光电探测器通常包括光敏元件、电极、引线和封装等部分。
光敏元件是用于吸收光信号并产生电荷载流子的材料，电极用于收集和测量电流，引线用于连接光电探测器与外部电路，封装则是保护和固定光电探测器的外壳。
2. 光电探测器的应用：光电探测器在许多领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：-光通信：光电探测器用于接收光信号，将光信号转换为电信号，并通过电路进行处理和解码，实现光通信的接收端。
-光测量：光电探测器可以用于测量光的强度、波长、频率和相位等参数，用于光谱分析、光度计和光谱仪等。
-光电检测：光电探测器可以用于检测物体的存在、位置和运动等，用于光电开关、光电传感和光电探测等应用。
-光电能转换：光电探测器可以将光能转化为电能，用于太阳能电池板和光伏发电系统等。
3. 光电导（Photoconductor）的原理和结构：光电导是一种能够根据光信号的强度来改变电导率的材料。
光电导的原理是光照射到材料上时，光子的能量被吸收，激发带载流子，从而改变材料的导电性能。
光电导材料通常是半导体材料，如硒化铟（Indium Selenide）、硒化镉（Cadmium Selenide）和硒化铅（Lead Selenide）等。
半导体光电器件 类别
半导体光电器件类别随着科技的飞速发展，半导体光电器件作为光电子技术的重要组成部分，已经在各个领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将从半导体光电器件的基本原理、主要种类以及应用领域等方面进行介绍和分析。
一、基本原理半导体光电器件是利用半导体材料的光电效应将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号的器件。
其基本原理是光子的能量被半导体材料吸收后，使得材料内的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
通过适当的结构设计，可以将电子空穴对分离，并引导电子或空穴经过外部电路，从而产生电信号。
反之，当外部电信号通过器件时，也可以通过适当的结构将电信号转换为光信号的形式输出。
二、主要种类半导体光电器件的种类繁多，根据其工作原理和功能可以分为以下几类：1. 光电二极管：光电二极管是最简单的光电器件，其结构类似于常见的二极管。
当光照射到光电二极管上时，光子的能量被半导体材料吸收，产生电流。
光电二极管常用于光电转换、光电检测等应用中。
2. 光电导：光电导（Photocoductor）是一种能够在光照射下改变电阻的器件。
其基本原理是光照射到光电导材料上时，光子的能量被吸收，使得材料的电导率发生变化。
光电导器件广泛应用于光电传感、光电控制等领域。
3. 光电晶体管：光电晶体管是一种能够通过光照射控制电流放大的器件。
其结构类似于普通的晶体管，但在基极和发射极之间增加了一个光敏区域。
当光照射到光电晶体管的光敏区域时，光子的能量被吸收，使得光电晶体管的电流放大倍数发生变化。
光电晶体管常用于光电放大、光电开关等应用中。
4. 光电阻：光电阻是一种能够根据光照射强度改变电阻的器件。
其基本原理是光照射到光电阻材料上时，光子的能量被吸收，使得材料的电阻发生变化。
光电阻器件广泛应用于光敏电路、光敏控制等领域。
三、应用领域半导体光电器件在现代科技中的应用非常广泛，涉及到通信、传感、显示、能源等多个领域。
以下是一些典型的应用领域：1. 光通信：半导体光电器件在光纤通信中起着至关重要的作用。
半导体光电器件
1
第六章 半导体光电器件
6.1光电导型光电探测器件 6.2势垒型光电探测器件
2
6.1光电导型光电探测器件
一、概述 二、光敏电阻的结构 三、光敏电阻的工作原理 四、光敏电阻的特性 五、光敏电阻的特点 六、注意事项
3
一、概述
光电导型光电探测器件是利用光电导效应制 成的均质型光电探测器件。典型的光电导器 件为光敏电阻。
征 半 导
体
杂 质 半 导 体
8
四、光敏电阻的特性
1、光电导灵敏度 R 2、光谱响应特性 3、光照特性 4、伏安特性 5、响应特性（频率特性） 6、前历效应 7、温度特性 8、噪声
9
1、光电导灵敏度 R
按灵敏度定义（响应量与输入量之比），可得
其中：
Rg
g E
gA
（线形范围内）
g：光电导，单位为西门子 S（Ω-1）。
电源电压和负载电阻决定的负载线与伏安 特性的交点，就是不同光照情况下的光敏 电阻的工作点。
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光敏电阻的伏安特性曲线
工作负载线的确定
基本偏置电流
18
基本概念
暗电阻Rd ：无光照射时，光敏电阻值的大 小。其值一般为几十千欧到几兆欧。
暗电导Gd ：暗电阻的倒数。 亮电阻Rg ：有光照射时的电阻值，其值与
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7、温度特性
灵敏度、光照特性、 响应率、光谱响应率、 峰值波长、长波限都 将发生变化，而且这 种变化缺乏一定的规 律
随着温度的升高光电 导值下降，随着温度 的下降光电导值增大， 而与照度无关
光敏电阻的温度特性
30
8、噪声
光敏电阻的固有噪 声主要有三种：
噪声（100Hz以 下）；
光电器件工作原理
光电器件工作原理光电器件是一类能够将光能转化为电能或将电能转化为光能的器件。
光电器件的工作原理主要涉及光的吸收、光电转换和电流产生等过程。
一、光的吸收光电器件中的光吸收通常通过半导体材料实现。
半导体材料具有带隙能级，当光束照射到半导体材料上时，其中的光子能量可以被半导体吸收。
在光照射下，光子能量被半导体吸收后，电子会从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
光的吸收程度与光子能量与半导体带隙能级之间的关系有关。
二、光电转换光电转换是指将光能转化为电能的过程。
在光电器件中，光的吸收会导致电子在半导体中的能级发生变化，从而产生电流。
根据光电转换的机制不同，光电器件可以分为光电导型器件和光电势型器件。
1. 光电导型器件光电导型器件是通过光照射下的光电导效应来实现光电转换的。
当光照射到光电导型器件上时，光子能量被半导体吸收后，会激发产生电子空穴对。
在电场的作用下，电子和空穴会分别向着相应的电极运动，形成电流。
光电导型器件常见的应用包括光电二极管、光电晶体管等。
2. 光电势型器件光电势型器件是通过光照射下的内光电效应来实现光电转换的。
内光电效应是指当光照射到半导体材料中时，由于光子能量的吸收，半导体材料内部会形成电势差。
通过将半导体材料的两侧连接外电路，就可以利用这个电势差产生电流。
光电势型器件常见的应用包括太阳能电池、光敏电阻等。
三、电流产生在光电器件中，光的吸收和光电转换最终会导致电流的产生。
电流的大小取决于光的强度和光电器件的特性。
光电器件中的电流可以通过外电路连接到其他电子器件中，从而实现光电器件的应用。
根据不同的光电器件类型和具体的应用需求，光电器件的工作原理会有所差异。
但总体而言，光的吸收、光电转换和电流产生是光电器件工作的基本过程。
通过合理设计光电器件的材料、结构和电路，可以实现高效、稳定和可靠的光电转换效果，从而满足各种光电应用的需求。
总结光电器件的工作原理主要涉及光的吸收、光电转换和电流产生等过程。
光电导器件(光敏电阻)
目 录
• 引言 • 光敏电阻的工作原理 • 光敏电阻的种类与特性 • 光敏电阻的应用实例 • 光敏电阻的发展趋势与未来展望 • 结论
01 引言
主题简介
01
光电导器件（光敏电阻）是一种 光电转换器件，其工作原理是利 用光电导效应将光信号转换为电 信号。
02
光电导器件具有灵敏度高、响应 速度快、线性范围宽等优点，广 泛应用于光信号检测、光通信、 自动控制等领域。
光电倍增管
总结词
光电倍增管是一种高灵敏度的光电器件，它通过倍增光电效应产生的微弱电流来提高检测灵敏度。
详细描述
光电倍增管由多个倍增极组成，每个倍增极都具有较高的增益。当光照在光电倍增管的阴极上时，光 生电子被释放并被电场加速到下一个倍增极，在那里再次发生光电效应并释放更多的电子。通过多个 倍增极的连续放大，微弱的光电流被显著放大，从而实现高灵敏度的光电检测。
05 光敏电阻的发展趋势与未 来展望
提高光电转换效率
01
02
03
新型结构设计
通过优化光敏电阻的结构 设计，提高对光的吸收和 利用效率，从而提高光电 转换效率。
材料改性
通过材料改性技术，改善 光敏电阻的光吸收和光电 转换性能，如掺杂、合金 化等手段。
表面处理
对光敏电阻表面进行特殊 处理，提高表面光吸收和 光电转换效率，如涂覆增 透膜、表面微纳结构等。
光电灵敏度
响应时间
表示光敏电阻阻值变化量与光照强度变化 量的比值，反映了光敏电阻对光的敏感程 度。
光敏电阻从无光照状态到有光照状态，或 从有光照状态到无光照状态所需的时间， 反映了光敏电阻的反应速度。
03 光敏电阻的种类与特性
光电二极管
光电导器件
• 当光照稳定时，光生载流子的浓度为
n0 p0 g g载流子产生率 寿命 s 1 g hv V V 材料体积 量子效率
• 无光照时，光敏电阻的暗电流为
（ U 0 A qUA n0 n p0 p） Id L L
• 光照时，光敏电阻的光电流为
（ U A qUA n n p p） Ip L L
光谱特性多用相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这 种曲线中可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波 长下灵敏度的相对关系。
1-硫化镉单晶
2-硫化镉多晶 3-硒化镉多晶 4-硫化镉与硒 化镉混合多晶
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
硫化镉单晶、硫化镉与硒化镉混合多晶，硫化镉多晶 、硒化镉多晶等几种光敏电阻的光谱特性曲线覆盖了 整个可见光区，峰值波长在515～600nm之间。这 与人眼的光谱光视效率V(λ)曲线的范围和峰值波长 （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。不过它们的 形状与V(λ)曲线还不完全一致。如直接使用，与人 的视觉还有一定的差距，所以必须加滤光片进行修正 ，使其特性曲线与V(λ)曲线完全符合，这样即可得 到与人眼视觉相同的效果。
Ip=SgEU
6. 温度特性
光敏电阻的温度特性很复杂，在一定的照度下， 亮电阻的温度系数α有正有负，
(R 2 -R1 ) = (T2 -T1 ) R1
R1、R2分别为与温度T1、T2相对应的亮电阻。
硫化镉光敏电阻的温度特性曲线 a) 硫化镉单晶 b) 硫化镉多晶
温度对光谱响应也有影响。一般说，光谱特 性主要决定于材料，材料的禁带宽度越窄则 对长波越敏感，但禁带很窄时，半导体中热 激发也会使自由载流子浓度增加，使复合运 动加快，灵敏度降低。因此，采取冷却灵敏 面的办法来提高灵敏度往往是很有效的。
光电子器件的原理与应用
光电子器件的原理与应用光电子器件是指将光电效应、光伏效应、光致电子效应等光电转换过程直接转换为电信号的电子元器件。
根据其原理和应用，可以分为光电导、光敏、光电二极管、光电晶体管、光电晶体管阵列、光耦合器件等。
一、光电子器件的原理1. 光电转换原理：光电子器件是利用光电转换现象而设计制造出来的器件。
这种器件在光作用下，会产生电子和空穴，从而实现电能的转换。
其主要原理是光学能转化为电子能，并通过对载流子分离而实现电信号输出。
2. 光电导原理：光电导器件采用的是半导体的性质，光照射在半导体上后可以引起电荷的运动，从而改变电阻率。
因此，它可以将光信号转化为电信号，并送至电路中进行处理。
3. 光敏原理：光敏器件在光照射下可以发生电学性质的变化，将光信号转化成为电信号。
它的作用就像摄像头，将光信号传递给接收器。
4. 光电二极管原理：光电二极管采用半导体的电学特性，能够将光强度转化为电流或电压信号。
光照射在PN结上，产生电子和空穴，在电场作用下，由PN结受控的方向将电子和空穴分离，并产生电流或电压信号。
5. 光电晶体管原理：光电晶体管是一种光电转换器件，结构与普通晶体管类似。
它的主要特点是它能够将光转化为电流，从而在它的集电极和发射极之间输出控制电流信号。
6. 光电晶体管阵列原理：光电晶体管阵列是集成了多个光电晶体管的器件。
它将多个光电晶体管封装到一个芯片中，通过电路将它们互联起来，构成一个高级工具，可实现对复杂光场的控制和调制功能。
7. 光耦合器件原理：光耦合器件将LED等光源和光敏器件相连，使得电信号能在光信号的控制下传递和控制。
光耦合器件通常由光源、光电芯片、驱动电路和封装组成。
二、光电子器件的应用光电子器件在电子技术、通信技术、信息技术以及光学、光通信、智能人机界面等领域有着广泛的应用。
下面分别介绍一下光电子器件的应用：1. 通讯：光纤通讯普及以及无线通讯应用的发展推动了光电子器件的广泛应用。
光电子器件可以实现光电信号转换、光信号调制、激光调制、光通信等功能。
光电检测技术常用器件及应用
3、数字、文字以及图像显示
七段式数码管 14划字码管 文字显示器的内部接线
4、显示器
彩色大面积显示设备，如电子商标及大屏幕显示
LCD
LCD 液晶屏是 Liquid Crystal Display 的简称， LCD 的构造是在 两片平行的玻璃 当中放置液态的 晶体，两片玻璃 中间有许多垂直 和水平的细小电 线，透过通电与 否来控制杆状水 晶分子改变方向， 将光线折射出来 产生画面。
发光二极管的发光机理
发光二极管 （即LED）是一种 注入电致发光器件， 它由P型和 N型半 导体组合而成。其 发光机理常分为PN 结注入发光与异质 结注入发光两种。
1. PN结注入发光
1、制作半导体发光二极管的材料是掺杂的，热平 衡状态下的N区很多自由电子，P区有很多多空穴。 2、当加以正向电压时，N区导带中的电子可越过PN 结的势垒进入P区。P区的空穴也向N区扩散 3、于是电子与空穴有机会相遇，复合发光。由于 空穴迁移率低于自由电子，则复合发光主要发生在 p区。 光的颜色（波长）决定于材料禁带宽度Eg，光的强 弱与电流有关
4. 寿命
发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮 度一半时所经历的时间。二极管的寿命一般都很 长，在电流密度小于lA/cm2时，一般可达106h， 最长可达109h。随着工作时间的加长，亮度下降 的现象叫老化。电流密度大，老化快。
LED特点
1、 LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角较大。 2、 LED的发光颜色丰富，通过选用不同的材料，可以实 现各种发光颜色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的红色 LED，GaAaP材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED 等。 3、LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即 使在日光下，由LED发出的光也能视认。 4、LED的单元体积小。再加上低电压、低电流驱动的特 点，可作为电子仪器设备、家用电器的指示灯、信号灯的 使用。 5、寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场 地面的信号光源，是一个新的应用领域。
光电导效应的光电器件
光电导效应的光电器件
光电导效应是指当光照射到半导体材料时，会产生电子-空穴对，从而使半导体的电导率增加的现象。
利用光电导效应可以制作多种光电器件，例如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
光敏电阻是一种基于光电导效应的电阻器件，其电阻值随着光强的增加而减小。
光敏电阻通常由半导体材料制成，例如硅、锗、砷化镓等。
当光照射到光敏电阻上时，会产生电子-空穴对，从而使半导体的电导率增加，电阻值减小。
光敏电阻的优点是响应速度快、灵敏度高、成本低，广泛应用于光控开关、光探测器、光敏传感器等领域。
光敏二极管和光敏三极管是一种基于光电导效应的二极管和三极管器件，其工作原理与光敏电阻类似，但具有更高的灵敏度和更快的响应速度。
光敏二极管和光敏三极管通常由硅、锗等半导体材料制成，当光照射到光敏二极管或光敏三极管上时，会产生电子-空穴对，从而使半导体的电导率增加，产生电流信号。
光敏二极管和光敏三极管的优点是灵敏度高、响应速度快、噪声低，广泛应用于光通信、光探测器、光敏传感器等领域。
除了上述光电器件外，利用光电导效应还可以制作其他光电器件，例如光敏电池、光敏集成电路等。
这些光电器件在光学通信、光学检测、光学控制等领域具有广泛的应用前景。
光电导器件
另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏 电阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电 阻的响应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为 +20℃时的两倍。
光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。
3)光电特性
光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。 如图2-3所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。前面所讲 的光电转换定律表达式是理想情况的转换关系式。考虑到 许多实际因素，光敏电阻的光电特性并非呈线性
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在
弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非
线性），式（1-84）与（1-87）分别给出了它在弱辐射 和强辐射作用下的光电导与辐射通量的关系。
bd 1 q 2 g q g Φ e , （1-87） e, （1-84） 3 2 hl hK f l
1 2
实际上，光敏电阻在弱辐射到强辐射的作用下，它的 光电特性可用在“恒定电压”作用下流过光敏电阻的电流 Ip与作用到光敏电阻上的光照度E的关系曲线来描述。
2)光谱特性
对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不 相同的。各种材料的光谱特性如下图所示。从图中看出， 硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域， 因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来 考虑，才能获得满意的结果。
光敏电阻的光谱响 应主要由光敏材料 禁带宽度、杂质电 离能、材料掺杂比 与掺杂浓度等因素 有关。
4)伏安特性 在一定照度下，光敏电 阻两端所加的电压与流过光 敏电阻的电流之间的关系， 称为伏安特性。光敏电阻两 端电压为：
u V iRL
Rg 为有光照时的亮电阻，当光 Rg 变为 Rg Rg， 照变化时，
光电导器件(光敏电阻)
： 照度（勒克斯lx）
电导（西门子S）
定义为光电导 与输入光照度E之比。
光电导灵敏度 （P107）
热噪声、产生复合噪声 、 噪声与调制频率的关系如下所示：
01
02
03
04
噪声特性：
红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的
制冷可降低热噪声
恰当的偏置电路，可使信噪比最大
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515～600nm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。
原理：
5-1工作原理和结构
非本征型（N型为主）：可以检测波长很长的辐射
本征型：可用来检测可见光和近红外辐射
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 ⑴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。
进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应
光电导弛豫时间长
由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗
不足：
ห้องสมุดไป่ตู้
5-3 常用光敏电阻（P109）
参数
功率（mw）
测量照度
暗电阻（兆欧）
亮电阻（千欧）
峰值波长
光电导的工作原理
光电导的工作原理光电导是一种光电转换器件，能够将光能转化为电能。
它在光学通信、光电测量、光电能量转换等领域具有广泛的应用。
本文将从物理原理、结构组成和工作过程三个方面介绍光电导的工作原理。
一、物理原理光电导的工作原理基于光电效应。
光电效应是指当光照射到某些物质表面时，光子可以激发材料中的电子从价带跃迁到导带，产生自由载流子（电子或空穴）。
这些自由载流子的移动形成了电流，实现了光能到电能的转换。
二、结构组成光电导的主要结构包括光电转换层、衬底和电极。
光电转换层是光电效应的关键部分，通常采用具有良好光电特性的材料，如硅(Si)、锗(Ge)、硒化镉(CdS)等。
衬底则为光电转换层提供支撑，并具备一定的导电性能。
电极用于连接外部电路，将产生的电流导出。
三、工作过程当光照射到光电转换层上时，光子的能量被转移给该层中的电子，使电子跃迁到导带中成为自由载流子。
这些自由载流子在光电转换层中随机运动，并且受到衬底和电极的影响，形成电流。
光电导通过将电流导出，实现了光能到电能的转换。
值得注意的是，光电导的工作效率与光照强度成正比。
当光照强度增大时，光电导产生的电流也随之增加。
此外，光电导的工作效率还与光电转换层的材料特性和结构设计有关。
不同的材料和结构可以对不同波长范围的光进行选择性吸收和转换，以实现更高的能量转化效率。
总结：光电导是利用光电效应将光能转化为电能的器件。
它的工作原理基于光电效应，光照射到光电转换层上时，光子激发材料中的电子从价带跃迁到导带，形成自由载流子，从而产生电流。
光电导的结构主要包括光电转换层、衬底和电极，其中光电转换层是关键部分，衬底和电极用于提供支撑和连接外部电路。
光电导的工作效率与光照强度、材料特性和结构设计有关。
在实际应用中，可以根据需求选择不同的材料和结构，以提高光电转换的效率和性能。
（字数：394）。
光电二极管光电导模式
光电二极管光电导模式是工作在反向偏置状态，电路中测得的电流代表器件接受到的光照，测量的输出电流与输入光功率成正比。
光导模式的光电二极管是一种特殊的光电二极管，它具有较高的光电转换效率和较低的噪声特性。
光导模式的光电二极管主要通过光导结构来增强其光电转换效率。
传统的光电二极管一般采用PN结构，当光照射到PN结上时，光子会激发电子和空穴的产生，并产生电流。
然而，这种结构存在一定的缺陷，比如光电转换效率较低、响应速度较慢等。
而光导模式的光电二极管则通过在PN结中引入光导层来改善这些问题。
光导层通常是由高折射率材料制成的，它能够有效地引导光线沿着光电二极管的轴向传输，并增加光子在光电二极管内的吸收概率。
同时，光导层还可以起到隔离和保护的作用，减少外界光的干扰。
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图2-5所示为典型CdS光敏电阻的伏安特性曲线 。
• 2.2.3 温度特性 光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂的温度特性。
图2-6所示为典型CdS 与CdSe光敏电阻在不同照 度下的温度特性曲线。
0 (1 et / )
I I0 (1 et / )
▪ 当t=τr时，Δσ =0.63Δσ0，IΦ=0.63IΦe0； ▪ τr定义为光敏电阻的上升时间常数 ▪ 停止辐射时，入射辐射通量Φe与时间的关系为
00
t =0 t ≥0
• 光电导率和光电流随时间变化的规律为
0et /
I I0et /
产生的过程，光生电导率Δσ要经过一定的时间才能达到稳定。 当停止辐射时，复合光生载流子也需要时间，表现出光敏电
阻具有较大的惯性。 光敏电阻的惯性与入射辐射信号的强弱有关，下面分别讨论。
▪ 1.弱辐射作用情况下的时间响应
0
t=0导器件在非平衡状态下光电导率Δσ和光电流IΦ随时间变 化的规律为
近的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾的探测等领域。 它的光谱响应和比探测率等特性与工作温度有关，随着工作
温度的降低其峰值响应波长和长波长将向长波方向延伸，且比 探测率D*增加。如，室温下它的光谱响应为1~3.5μm，峰值为 2.4μm，峰值比探测率D*高达1×1011cm·Hz·W-1。温度低至195K， 光谱响应为1~4μm，峰值波长为2.8μm，D*为2×1011cm·Hz·W-1。
敏电阻的原理图与光 敏电阻的符号。
• 2.1.2 光敏电阻的基本结构
根据光敏电 阻的设计原则可以 设计出如图2-2所 示的3种基本结构： （a）梳形结构； （b）蛇形结构； （c）刻线式结构。 • 2.1.3 典型光敏电阻 1、CdS光敏电阻
CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻，它光谱响应特性最接近 人眼光谱光视效率，在可见光波段范围内的灵敏度最高，因此， 被广泛地应用于灯光的自动控制，照相机的自动测光等。
光敏电阻在弱辐射作用下,上
升τr与下降时间常数τf近似
相等。 2.强辐射作用情况下的时间响应
如图 (b)所示，用 对数坐标，阻值R在 某段照度EV范围内的 光电特性表现为线性， γ 保持不变。其斜率
logR1 logR2
logE2 logE1
R1与R2分别是照度为 E1和E2时的阻值。
• 2.2.2 伏安特性
光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与 普通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光度量而 变化的。
Hg1-xCdxTe光电导器件是目前红外探测器中最优良最有前途 的器件，尤其对于4~8μm大气窗口更为重要。它由HgTe和CdTe 两种材料的晶体混合制造，x为Cd元素含量。
在制造时选用不同Cd组分x，可以得到不同禁带宽度Eg，制 造 出 不 同 响 应 范 围 的 Hg1-xCdxTe 器 件 。 组 分 x 的 变 化 范 围 为 0.18~0.4，长波长的变化范围为1~30μm。
第2章 光电导器件
利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂 质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导率随入 射光度量变化的器件，称为光电导器件或光敏电阻。
光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范 围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。
2.1 光敏电阻的原理与结构
• 2.1.1 光敏电阻的基本原理 图 2-1 所 示 为 光
光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性 （线性与非线性），光电导与辐射通量的关系。
弱辐射
g
q hl 2
Φe,
为线性
强辐射
1
g
q
bd hK fl
3
2
1
2 e ,
为非线性
实际上，光敏电阻在弱辐射到强辐射的作用下，其光电特
性可用在“恒定电压”作用下流过光敏电阻的电流Ip与光照度 E的关系曲线来描述，如图2-3所示。
以室温的相对光电导率 为100%，观测光敏电阻的 相对光电导率随温度的变 化关系，可见，其相对光 电导率随温度的升高而下 降，光电响应特性随着温 度的变化较大。
• 2.2.4 时间响应 光敏电阻的时间响应（又称为惯性）比其他光电器件要差
（惯性要大）些，频率响应要低些，而且具有特殊性。 当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻时，光生电子要有
2.2 光敏电阻的基本特性
光敏电阻为多数载流子导电的器件，它的基本特性参数包含 光电导特性、时间响应、光谱响应、伏安特性与噪声特性等。 • 2.2.1 光电特性
光敏电阻在黑暗的室温条件下，热激发产生的载流子使它具 有一定的电导，称为暗电导 。
有光照射时，它的电导增大，这时的电导称为光电导。 电导随光照量变化越大就越灵敏。称为光敏电阻的光电特性。
• 3、InSb光敏电阻
InSb光敏电阻是3~5μm光谱范围内的主要探测器件之一。它 不仅适用于制造单元探测器件，也适宜制造阵列探测器件。室 温下长波长可达7.5μm，峰值在6μm，D*约为1×1011cm·Hz·W-1。
当温度降低到77K（液氮）时，其长波长缩短到5.5μm，峰 值移至5μm，恰为大气窗口范围，D*升高到2×1011cm·Hz·W-1。 • 4、Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件
I p g pU USg E
式中，Sg为光电导灵敏度，E 为照度。
随照度的增高，线性关系 变坏，当照度变得很高时，曲 线弯曲，线性变坏。
光电特性可用一个随光度量变化的指数伽玛（γ）来描述，并
定义γ为光电转换因子。 I p g pU USg E
光电转换因子在弱辐射作用的情况下为1，即γ=1，随入射辐射 的增强，γ值减小，辐射很强时γ值降低到0.5。
CdS光敏电阻的峰值响应波长为0.52μm，CdSe光敏电阻为 0.72μm，调整S和Se的比例，可使峰值响应波长大致控制在 0.52~0.72μm范围内。
CdS光敏电阻的光敏面常为如图2-2（b）所示的蛇形光敏面 结构。
• 2、PbS光敏电阻 PbS光敏电阻是近红外波段最灵敏的光电导器件。在2μm附