第3章 光电检测器件 《光电检测技术及应用》课件
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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-160 （液氮）时，其长 波长由7.5μm缩短到5.5μm，峰值波长也移至5μm，恰 为大气的窗口范围。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
Hg1-xCdxTe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，尤其是对于4～
基本结构：
一、光电导器件
a）梳状结构
b）蛇形结构
c）刻线结构
1—光电导材料 2—电极 3—衬底材料
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
2、典型光敏电阻 CdS光敏电阻：是最常见的光谱响应特性最接近人眼光
谱光视效率 V的光电器件，CdS光敏电阻的峰值波长
为0.52μm，在可见光波段范围内最灵敏。它广泛地应 用于灯光的自动控制，照相机的自动调光等。
光谱响应范围为1～3.5μm，峰值波长为
2.4μm。
将PbS光敏电阻放
在光学系统的焦点上，
使进入接收系统的红外
线能全部会聚到探测器
上。报警装置与放大器
相连接，它可输出报警
信号。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
InSb光敏电阻：是3～5μm光谱范围内的主要探测器件之 一。InSb光敏电阻由单晶制备，制造工艺比较成熟，经 过切片、磨片、抛光后，再采用腐蚀的方法减薄到需要 的厚度。光敏面尺寸由0.5mm×0.5mm到8mm×8mm 不等。大光敏面的器件由于不能做得太薄，其探测率降 低。InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜做 阵列器件。
第3章 光电检测器件
3）温度特性
CdS与CdSe光敏电阻的温度特性曲线
一、光电导器件
•光敏电阻的相对光电导 随温度升高而下降，光 电响应特性受温度影响 较大。 •在温度变化大的情况下 应用时要采取制冷措施 以降低光敏电阻工作温 度，这是提高光敏电阻 性能参数的有效办法。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
的情况下为1，随着辐射的增强
，γ值减小，当辐射很强时γ值
降低到0.5。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
2）伏安特性
CdS光敏电阻的伏安特性曲线
•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 是随入射光度量的变化而 变化的。
•图中的虚线为额定功耗线。 使用时，应使光敏电阻的实 际功耗不超过额定值。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
5）噪声特性
•光敏电阻的主要噪声有热 噪声、产生复合噪声和低频
噪声(或称1/f 噪声)。
IN2J(f
)
4KTf
Rd(1202)
In2gr4qI
(0 /l)f 1202
I
2 nf
c1 I 2 bdl
f fb
光敏电阻的噪声与调制频率的关系
1
IN(Biblioteka BaiduN 2J In2gr In2f)2
二、光生伏特器件
无辐射时对应 的暗电流。与普通 二极管一样。
《光电检测技术及应用》 第3章 光电检测器件
任课教师：徐熙平
2020年7月4日星期六
第3章 光电检测器件
1、光敏电阻的原理与结构
一、光电导器件
当光敏电阻受到 光照时，光生电子— 空穴对增加，阻值减 小，电流增大。
符号
暗电流（越小越好）
第3章 光常电用检于红测器件
类型：光波段常的用外远射探于波红的测可段外探见甚波测至 段 。于 辐 本征半导体光敏电阻 杂质型半导体光敏电阻
8μm大气窗口波段辐射的探测更为重要。
Hg1-xCdxTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材
料的晶体混合制造的，其中x是Cd含量的组分。在制造 混合晶体时采用不同Cd的组分x，可得到不同的禁带宽 度Eg，进而可以制造出不同波长范围响应的Hg1-xCdxTe 探测器件。一般组分x的变化范围为0.18～0.4，长波长
的变化范围为1～30μm。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
3、光敏电阻的基本特性 1）光电特性
CdS光敏电阻光照特性
Ip gpUUSgE
•当照度很低时，曲线近似为线 性，随着照度的增高，线性关 系变坏，当照度升为很高时， 曲线近似为抛物线形。
logR1 logR2
logE2 logE1
•光电转换因子γ在弱辐射作用
a）结构原理
b）工作原理
当光子入射到PN结形成的耗尽层内时，PN结中的原子吸收了光 子能量，并产生本征吸收，激发出电子—空穴对，在耗尽区内建电 场的作用下，空穴被拉到P区，电子被拉到N区，形成反向电流即光
电流。光电流在负载电阻RL上产生与入射辐射相关的信号输出。
第3章 光电检测器件
全电流方程与输出特性产生光的辐光射生作电用流下。
4）时间响应
光敏电阻的频率特性 1—Se光敏电阻 2—CdS光敏电阻 3—TeS光敏电阻 4—PbS光敏电阻
•光敏电阻的时间响应（惯 性）比其他光电器件要差些 （惯性要大），频率响应要 低。
•光敏电阻在被强辐射照射 后，其阻值恢复到长期处于 黑暗状态的暗电阻RD所需 要的时间将是相当长的。因 此，光敏电阻的暗电阻RD 常与其检测前是否被曝光有 关，这个效应常被称为光敏 电阻的前历效应。
晚上，CdS光敏电阻阻值大，J的 电流小，不能工作而关闭，灯亮。 白天，阻值小，J工作，常闭触头 断开，灯灭。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
PbS光敏电阻：近红外波段最灵敏的光电导
器件。由于在2μm附近的红外辐射的探测灵
敏度很高，因此，常用于火灾的探测、红外
报警系统等领域。室温下的PbS光敏电阻的
第3章 光电检测器件
二、光生伏特器件
1、光敏二极管 光敏二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N
型硅为衬底的2CU型两种结构形式。 将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下
方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量 增加，光电流与照度成正比。
第3章 光电检测器件
结构和工作原理
二、光生伏特器件
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
6）光谱响应
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。
三种典型光敏电阻的光谱响应特性曲线
•CdS材料制成的光敏电阻的 光谱响应很接近人眼的视觉 响应，CdSe材料的光谱响应 较CdS材料宽，PbS材料的光 谱响应范围最宽，覆盖了0.4 ～2.8μm的范围，PbS光敏 电阻常用于火点探测与火灾 预警系统。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
Hg1-xCdxTe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，尤其是对于4～
基本结构：
一、光电导器件
a）梳状结构
b）蛇形结构
c）刻线结构
1—光电导材料 2—电极 3—衬底材料
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
2、典型光敏电阻 CdS光敏电阻：是最常见的光谱响应特性最接近人眼光
谱光视效率 V的光电器件，CdS光敏电阻的峰值波长
为0.52μm，在可见光波段范围内最灵敏。它广泛地应 用于灯光的自动控制，照相机的自动调光等。
光谱响应范围为1～3.5μm，峰值波长为
2.4μm。
将PbS光敏电阻放
在光学系统的焦点上，
使进入接收系统的红外
线能全部会聚到探测器
上。报警装置与放大器
相连接，它可输出报警
信号。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
InSb光敏电阻：是3～5μm光谱范围内的主要探测器件之 一。InSb光敏电阻由单晶制备，制造工艺比较成熟，经 过切片、磨片、抛光后，再采用腐蚀的方法减薄到需要 的厚度。光敏面尺寸由0.5mm×0.5mm到8mm×8mm 不等。大光敏面的器件由于不能做得太薄，其探测率降 低。InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜做 阵列器件。
第3章 光电检测器件
3）温度特性
CdS与CdSe光敏电阻的温度特性曲线
一、光电导器件
•光敏电阻的相对光电导 随温度升高而下降，光 电响应特性受温度影响 较大。 •在温度变化大的情况下 应用时要采取制冷措施 以降低光敏电阻工作温 度，这是提高光敏电阻 性能参数的有效办法。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
的情况下为1，随着辐射的增强
，γ值减小，当辐射很强时γ值
降低到0.5。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
2）伏安特性
CdS光敏电阻的伏安特性曲线
•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 是随入射光度量的变化而 变化的。
•图中的虚线为额定功耗线。 使用时，应使光敏电阻的实 际功耗不超过额定值。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
5）噪声特性
•光敏电阻的主要噪声有热 噪声、产生复合噪声和低频
噪声(或称1/f 噪声)。
IN2J(f
)
4KTf
Rd(1202)
In2gr4qI
(0 /l)f 1202
I
2 nf
c1 I 2 bdl
f fb
光敏电阻的噪声与调制频率的关系
1
IN(Biblioteka BaiduN 2J In2gr In2f)2
二、光生伏特器件
无辐射时对应 的暗电流。与普通 二极管一样。
《光电检测技术及应用》 第3章 光电检测器件
任课教师：徐熙平
2020年7月4日星期六
第3章 光电检测器件
1、光敏电阻的原理与结构
一、光电导器件
当光敏电阻受到 光照时，光生电子— 空穴对增加，阻值减 小，电流增大。
符号
暗电流（越小越好）
第3章 光常电用检于红测器件
类型：光波段常的用外远射探于波红的测可段外探见甚波测至 段 。于 辐 本征半导体光敏电阻 杂质型半导体光敏电阻
8μm大气窗口波段辐射的探测更为重要。
Hg1-xCdxTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材
料的晶体混合制造的，其中x是Cd含量的组分。在制造 混合晶体时采用不同Cd的组分x，可得到不同的禁带宽 度Eg，进而可以制造出不同波长范围响应的Hg1-xCdxTe 探测器件。一般组分x的变化范围为0.18～0.4，长波长
的变化范围为1～30μm。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
3、光敏电阻的基本特性 1）光电特性
CdS光敏电阻光照特性
Ip gpUUSgE
•当照度很低时，曲线近似为线 性，随着照度的增高，线性关 系变坏，当照度升为很高时， 曲线近似为抛物线形。
logR1 logR2
logE2 logE1
•光电转换因子γ在弱辐射作用
a）结构原理
b）工作原理
当光子入射到PN结形成的耗尽层内时，PN结中的原子吸收了光 子能量，并产生本征吸收，激发出电子—空穴对，在耗尽区内建电 场的作用下，空穴被拉到P区，电子被拉到N区，形成反向电流即光
电流。光电流在负载电阻RL上产生与入射辐射相关的信号输出。
第3章 光电检测器件
全电流方程与输出特性产生光的辐光射生作电用流下。
4）时间响应
光敏电阻的频率特性 1—Se光敏电阻 2—CdS光敏电阻 3—TeS光敏电阻 4—PbS光敏电阻
•光敏电阻的时间响应（惯 性）比其他光电器件要差些 （惯性要大），频率响应要 低。
•光敏电阻在被强辐射照射 后，其阻值恢复到长期处于 黑暗状态的暗电阻RD所需 要的时间将是相当长的。因 此，光敏电阻的暗电阻RD 常与其检测前是否被曝光有 关，这个效应常被称为光敏 电阻的前历效应。
晚上，CdS光敏电阻阻值大，J的 电流小，不能工作而关闭，灯亮。 白天，阻值小，J工作，常闭触头 断开，灯灭。
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
PbS光敏电阻：近红外波段最灵敏的光电导
器件。由于在2μm附近的红外辐射的探测灵
敏度很高，因此，常用于火灾的探测、红外
报警系统等领域。室温下的PbS光敏电阻的
第3章 光电检测器件
二、光生伏特器件
1、光敏二极管 光敏二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N
型硅为衬底的2CU型两种结构形式。 将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下
方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量 增加，光电流与照度成正比。
第3章 光电检测器件
结构和工作原理
二、光生伏特器件
第3章 光电检测器件
一、光电导器件
6）光谱响应
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。
三种典型光敏电阻的光谱响应特性曲线
•CdS材料制成的光敏电阻的 光谱响应很接近人眼的视觉 响应，CdSe材料的光谱响应 较CdS材料宽，PbS材料的光 谱响应范围最宽，覆盖了0.4 ～2.8μm的范围，PbS光敏 电阻常用于火点探测与火灾 预警系统。