第5章半导体光电导器件

数码相机NIKON5

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第

第五章半导体光电导器件

利用半导体光电导效应制成的器件称为光电导探测器，简称PC（Photoconductive）探测器－－又称为光敏电阻。

特点：

①光谱响应：紫外远红外

①光谱响应：紫外－－远红外

②工作电流大，可达数毫安

③可测强光，可测弱光

④灵敏度高，光电导增益大于1

⑤无极性之分

第五章半导体光电导器件

5.1 光敏电阻的工作原理

51光敏电阻的工作原理

5.2 光敏电阻的主要特性参数

52光敏电阻的主要特性参数

5.4 光敏电阻的基本偏置电路

54光敏电阻的基本偏置电路

5.5 应用举例

5.5应用举例

光学与电子科技学院College Of Optical and Electronic Technology

杂质型光敏电阻：低温下工作??? 以N型为例：

＝－<<1.杂质原子浓度远比基质原子浓度低得多ΔE d E c E d E g 子浓度低得多。

E c 2. 常温--杂质原子束缚电子

或空穴已被热激发成自由态E d E g ΔE d 作为暗电导率的贡献量。长E v

波光照,已无束缚电子或束缚空穴供光激发用，即光电导为零或很微弱Δσ为零或很微弱。

任务：1.导出电流表达式任务1

微变等效电路

(2)光电导探测器(2). 光电导探测器

光敏面做成蛇形－－光电流光电流I p 与长度l z 的平方成反比

第五章半导体光电导器件5.1 光敏电阻的工作原理

51光敏电阻的工作原理

5.2 光敏电阻的主要特性参数52光敏电阻的主要特性参数5.4 光敏电阻的基本偏置电路54光敏电阻的基本偏置电路5.5 应用举例

5.5应用举例

52主要特性参数5.2 主要特性参数•光电导增益

•光谱响应率

•时间常数

•光电特性和γ值•前历效应

•噪声特性

h q

I τ

λΦη⋅=)(dr

p t hv

M

q I S p ⋅==η

λλλ)

()(hv

Φ)(

光电导探测器的频率特性差，不适于接收高频光信号。

B

A R R log log −＝

A

B E E log log −γ

5.2 主要特性参数

五、前历效应

测试前光敏电阻所处状态对光敏电

阻特性的影响。

暗态前历效应亮态前历效应

暗放钟

1-黑暗放置3分钟后

2-黑暗放置60分钟后

3-黑暗放置24小时后

5.2 主要特性参数

在一定的光照下，光电导探测器两端电压与流六、伏安特性

过光电导探测器的电流之间的关系。

总结：光敏电阻的特点

总结光敏电阻的特点•1、优点：

•灵敏度高，光电导增益大于1

•工作电流大，可达数毫安，无极性之分

•光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度光谱响应范围宽尤其对红外有较高的灵敏度•所测光强范围宽，可测强光、弱光

•2、不足：

•强光下线性差，频率响应低，光电弛豫时间长，受温度影响大。

受温度影响大

常用的光敏电阻

a.硫化镉（CdS）

光谱响应：0.3μm~0.8μm，峰值波长0.52μm，响应时间为数百毫秒。常用于照相机测光。

b.硫化铅（PbS）

硫化

光谱响应：1μm~3μm，λ

P =2.4μm，响应时间t=100~300μs。

致冷(195K干冰)条件下，光谱响应：1~4μm，λ

P =2.8μm。

c.锑化锢（InSb）

Eg=0.23eV，适用于3~5μm的大气红外窗口测量。

d.碲镉汞（Hg1-xCdxTe）系列

化合物的组份可以得到各种响应波段的红外探测器改变HgTe和CdTe化合物的组份，可以得到各种响应波段的红外探测器。如：1~3μm,3~5μm,8~14μm三种三气窗口。

Eg（eV）=1.59x-0.25+5.233×10-4T(1-2.08x)+0.327x3

e.掺杂型（锗掺杂）

Ge :Au (77K), 3~9μm, t=3ms

Ge :Hg (77K), 6~14μm, t=0.1ms

Ge :Zn (4.2K), 20~40μm, t=2×10-8s

结构示意图

光谱响应特性

第五章半导体光电导器件5.1 光敏电阻的工作原理

51光敏电阻的工作原理

5.2 光敏电阻的主要特性参数52光敏电阻的主要特性参数5.4 光敏电阻的基本偏置电路54光敏电阻的基本偏置电路5.5 应用举例

5.5应用举例

一．基本偏置电路及直流参数的计算二．几种典型的偏置电路

三．光敏电阻应用举例

一、基本偏置电路及直流参数的计算

、基本偏置电路及直流参数的计算

偏置电路:

为使器件正常工作，提供合适的电流或者电压。

例如

R b

+V

CC c

R

例如：

－－偏置电压

－－偏置电阻

T

偏置电阻

1提高探测灵敏度

意义： 1.提高探测灵敏度

2.降低噪声

3提高频率响应

3.提高频率响应