光电探测器基本原理2

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。 InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜制造 阵列红外探测器件。InSb光敏电阻在室温下的长波长可达 7.5μm，峰值波长在6μm附近。当温度降低到77K（液氮） 时，其长波长由7.5μm缩短到5.5μm，峰值波长也将移至 5μm，恰为大气的窗口范围。
HgCdTe系列光电导探测器件 HgCdTe系列光电导探测器件是目前所有红外探测器
中性能最优良最有前途的探测器件，尤其是对于4~8μm大
气窗口波段辐射的探测更为重要。 HgCdTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材料的 晶体混合制造的。在制造混合晶体时选用不同Cd的组分， 可以得到不同的禁带宽度Eg，便可以制造出不同波长响应
光电管原理
光电倍增管
三、内光电效应器件
当光照射在物体上，使物体电阻率发生变化或产生光
生电动势的现象称为内光电效应，它多发生于半导体内。
内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应
在光线照射下，电子吸收光子能量，从键合状态过度
到自由状态，从而引起材料电导率的变化，这种现象被称
为光电导效应。基于光电导效应的光电器件是光敏电阻。
电阻为0.72μm，一般调整S和Se的比例，可使Cd（S，
Se）光敏电阻的峰值响应波长大致控制在0.52~0.72μm范 围内。
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， 因此，常用于火灾的探测等领域。 PbS光敏电阻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 限将向长波方向延伸，且比探测率D*增加。
物理效应不同：光电效应（外光电效应和内光电效
应）、光热效应。
光电效应分类：
光电效应
外光电效应 内光电效应
光电导效应
光生伏特效应
二、外光电效应
在光线的作用下物体内的电子逸出物体表面向外发 射的现象为外光电效应。多发生于金属、金属氧化物等材
料。基于外光电效应的光电器件有：光电管、光电倍增管。
一、光电效应定义及分类
离，从而既可以减小载流子的有效级
间的渡越时间，也有利于提高灵敏度。

本征型光敏电阻
一般在室温下工作 适用于可见光和近红外辐射探测

非本征型光敏电阻
通常在低温条件下工作 常用于中、远红外波长较长的辐射探测
典型光敏电阻
CdS光敏电阻 CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻，它的光谱响应特 性最接近人眼光谱光视效率，它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。 CdS光敏电阻的峰值响应波长为0.52μm，CdSe光敏
●光控灯 (Optical control lamp)
●光控音乐I.C (Optical control musicI.C)
●电子玩具 (Electronic toy)
●电子验钞机 (Electronic proverbial vlitional)
光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现
范围的探测器件。
光敏电阻的主要特性参数
• 光电特性和光照指数
• 光谱特性
• 频率特性
• 伏安特性
• 前历效应 • 噪声
光敏电阻的使用
• 当用于模拟量测量时，因光照指数γ与光照强弱有关，只有在弱光照 下光电流与入射辐射通量成线性关系。 • 用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人 眼的光谱光视效率曲线符合。 • 光敏电阻的光谱特性与温度有关，温度低时，灵敏范围和峰值波长都 向长波方向移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区 的灵敏度。 • 光敏电阻的温度特性很复杂，电阻温度系数有正有负，一般说，光敏 电阻不适于在高温下使用，温度高时输出将明显减小，甚至无输出。 • 光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过1000Hz。 • 设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗，负载电阻值不能很 小。
• 进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。
光敏电阻的特点
优点：光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏
度高、使用寿命长、体积小无极性使用方便等优点，所以
应用广泛。此外许多光敏电阻对红外线敏感，适宜于红外 线光谱区工作。 缺点：响应时间长、频率特性差、强光线性差、受温度影 响大、型号相同的光敏电阻参数参差不齐，并且由于光照 特性的非线性，不适宜于测量要求线性的场合，常用作开 关式光电信号的传感元件。
光电效应定义 ：
光电探测器件工作的物理基础是光电效应。光电效应
是：物体吸收光能后转化为物体中某些电子的能量，从而
产生电的效应。
爱因斯坦光电效应理论：
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E h
h为普朗克常量：
h 6.626 1034 J S
；v为光的频率。
一个电子只能接收一个光子的能量，要使电子从物体 表面溢出，光子能量必须大于该物体表面的溢出功。超过 部分的能量表现为溢出电子的动能。
子能量产生电子-空穴对，光照部分载流子浓度比未受光 照部分载流子浓度大。就出现了载流子浓度梯度，因而载 流子就要扩散。电子迁移率比空穴大，那么，空穴扩散较 电子扩散弱，而造成照射部分带正电，未被照射部分带负 电。光照部分与未光照部分产生光电动势。
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象叫光生伏特效应。光生伏特效应可分为：结光电效应和
横向光电效应。基于光生伏特效应的光电器件有：光电池， 光敏二极管，光敏晶体管等。
结光电效应原理：
Ec EF Ev o
p
光子
-
n
+
光生空穴
p
+
电离受主
---
电离施主
++ ++
L
x 光生电子
x
n
Lp
x
耗尽层
Ei
Ln
横向光电效应原理：
当半导体器件受到光照不均匀时，光照部分吸收入射光
• 主要应用
●照相机自动测光 (Camera automation photometry) ●室内光线控制 (Indoor sunlight wenku.baidu.comontrol) ●工业控制 (Industrial control) ●光电控制 (Photoelectric control) ●报警器 (Annunciator) ●光控开关 (Optical control switch)
光电发射大致可分三个过程： 1. 光射入物体后，物体中的电子吸收光子能量，从基态跃迁
到能量高于真空能级的激发态。
2. 受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要
同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。
3. 达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒 对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。
光电探测器概述
14级硕研16班 任天昕
常见的光电探测器
光电管
光敏电阻
光电二极 管 四像限光电
探测器
光电池
光电二极管
热释电探测器
光电探测器是指能把光辐射能量转换为一种便于测 量的物理量的器件。 常见的光电探测器有: 光电管、光敏电阻、光电二极管、光电倍增管、 光电池、四像限探测器、热电偶、热敏电阻、热释电 探测器等。
光敏电阻
工作原理：
金属电极 入射光
光电导材料 Ip Ubb Ip
光敏电阻符号
光敏电阻原理及符号
光敏电阻的结构： 在一块均匀光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、 云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线， 封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。 光敏电阻常做成梳状电极，光 敏面做成蛇形这样既可以保证有较大 的受光面，也可以减小电极之间的距