《光敏電阻光電池》PPT課件

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1、光敏電阻一、結(jié)構(gòu)與原理光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價帶躍升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電阻和價帶中的空穴二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。本征光電導(dǎo)效應(yīng)可用來檢測可見光和近紅外輻射。如果入射光子從雜質(zhì)能級躍升到導(dǎo)帶(非本征光電導(dǎo))，那么N型材料的電導(dǎo)率增大。當(dāng)光子能量使電子由價帶躍升到P型主能級，從而使價帶中留有可移動的空穴時，P型材料就會出現(xiàn)非本征光電導(dǎo)。非本征光電導(dǎo)體主要檢測波長很長的輻射用于超過5微米的波段。光電導(dǎo)探測器光電導(dǎo)探測器是基于半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器，光

2、電導(dǎo)效應(yīng)的主要特點是受光照射時其電阻值明顯變小，故又稱為光敏電阻。光電導(dǎo)探測器廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化、攝影機自動測光等監(jiān)控系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于目前其他探測器難以實現(xiàn)的紅外測量系統(tǒng)。半導(dǎo)體對光的吸收半導(dǎo)體對光的吸收是產(chǎn)生光電效應(yīng)的基礎(chǔ)。光照半導(dǎo)體材料時，若入射光子的能量大于某一值，就可以產(chǎn)生光激發(fā)，從而產(chǎn)生光生載流子。采取一定的措施合理利用這些光生載流子，便可以制出各種光子效應(yīng)探測器。光生載流子在光輻射作用下，半導(dǎo)體材料吸收入射光子的能量，使束縛態(tài)的電荷產(chǎn)生能級躍遷而變成自由電荷，這些由光激發(fā)產(chǎn)生的載流子稱為

3、光生載流子。相對于熱平衡狀態(tài)下由熱激發(fā)與復(fù)合而產(chǎn)生的熱平衡載流子而言，光生載流子又稱為非平衡載流子。光電探測器的工作原理就是基于這些光生載流子，采取一定的措施利用這些非平衡載流子，將它們的變化耦合到外電路中，使外電路中的電流或電壓的變化反映入射光輻射功率的變化，從而達到光檢測的目的。本征吸收本征吸收指光照半導(dǎo)體材料時，價帶中的電子吸收入射光子的能量躍遷到導(dǎo)帶中去，這種激發(fā)過程稱為半導(dǎo)體的本征吸收。在本征吸收過程中，價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，同時在價帶中留下空穴，產(chǎn)生了電子空穴對。與熱平衡狀態(tài)相比，在導(dǎo)帶中

4、多出了一部分電子，在價帶中多出了一部分空穴，它們是因為光照而產(chǎn)生的載流子，稱為光生載流子。在光照時，半導(dǎo)體中總的載流子濃度比熱平衡狀態(tài)下載流子濃度大。本征吸收產(chǎn)生的條件是入射光子的能量必須大于材料的禁帶寬度，雜質(zhì)吸收摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，在光照時也會產(chǎn)生光激發(fā)。對于n型半導(dǎo)體，施主雜質(zhì)中的束縛電子吸收了光子的能量躍遷到導(dǎo)帶；對于p型半導(dǎo)體，受主雜質(zhì)中的束縛空穴吸收了光子能量躍遷到價帶。施主釋放束縛電子到導(dǎo)帶、受主釋放束縛空穴到價帶所需的能量稱為雜質(zhì)的電離能和。光電導(dǎo)探測器的結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)探測器的結(jié)構(gòu)很簡單，

5、只要在一塊勻質(zhì)的半導(dǎo)體兩端裝上電極就可以構(gòu)成一個光敏電阻。靈敏度靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。由于各種器件使用的范圍及條件不一致，因此靈敏度有各種不同的表示法。光電導(dǎo)體的靈敏度表示在一定光強下光電導(dǎo)的強弱。它可以用光電增益G來表示。根據(jù)定態(tài)條件下電子與空穴的產(chǎn)生率與復(fù)合率相等可推導(dǎo)出為量子產(chǎn)額，即吸收一個光子所產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)；為光生載流子壽命；為載流子在光電導(dǎo)兩極間的渡越時間。光電導(dǎo)的弛豫光電導(dǎo)是非平衡載流子效應(yīng)，因此有一定的弛豫現(xiàn)象：光照射到樣品后，光電導(dǎo)逐漸增加，最后達到

6、定態(tài)。光照停止，光電導(dǎo)在一段時間內(nèi)逐漸消失。這種弛豫現(xiàn)象表現(xiàn)了光電導(dǎo)對光強變化反應(yīng)的快慢。光電導(dǎo)上升或下降的時間就是弛豫時間，或稱為響應(yīng)時間(惰性)。顯然，弛豫時間長，表示光電導(dǎo)反應(yīng)慢，這時稱慣性大；弛豫時間短，即光電導(dǎo)反應(yīng)快，稱慣性小。從光電導(dǎo)的機構(gòu)來看，弛豫現(xiàn)象表現(xiàn)為在光強變化時，光生載流子的積累和消失的過程。因此，要討論弛豫現(xiàn)象，必須研究光生載流子的產(chǎn)生與復(fù)合。光電導(dǎo)的馳豫決定在迅速變化的光強下，一個光電器件能否有效工作的問題。在分析定態(tài)光電導(dǎo)和光強之間的關(guān)系時，盡管實際情況比較復(fù)雜，但通常討論下

7、面兩種典型情況：直線性光電導(dǎo)，即光電導(dǎo)與光強成線性關(guān)系，如Si、Ge、PbO等許多材料至少在較低的光強下都具有這種性質(zhì)；拋物線性光電導(dǎo)，指的是光電導(dǎo)與光強的平方根成正比。有不少光電導(dǎo)體在低光強下屬于直線性光電導(dǎo)，但在較高的光強下則為拋物線性光電導(dǎo)。光敏電阻工作機理較復(fù)雜，但結(jié)構(gòu)簡單，只是在一塊勻質(zhì)的光電導(dǎo)體兩端加上電極即成，如圖所示。1．光譜響應(yīng)相當(dāng)寬根據(jù)不同的光電導(dǎo)材料，光敏電阻的靈敏域可在紫外光區(qū)，可見光區(qū)，也可在紅外區(qū)和遠紅外區(qū)。光敏電阻有以下優(yōu)點：2．所測的光強范圍寬，即可對強光響應(yīng)，也可對弱光

8、響應(yīng)。3．無極性之分，使用方便，成本低，壽命長。4．靈敏度高，工作電流大，可達數(shù)毫安使用時必須在光敏電阻兩端加上電壓，一般再串一個負載電阻，構(gòu)成閉合回路。當(dāng)光照光敏電阻時，其電導(dǎo)率發(fā)生變化，電阻值隨之變化，那么流經(jīng)整個回路的電流發(fā)生變化。負載上電流的變化反映了光照信號的變化。在負載上取出其變化信號，便達到了檢測入射光信號的目的。光照時，光敏電阻的電阻值通常稱為明電阻或亮電阻，無光照時的電阻稱為暗電阻。模型結(jié)構(gòu)示意圖偏置電路等效電路二、特性1