S2光電探測(cè)器件課件.ppt

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1、C2光電探測(cè)器件理學(xué)院宋旸22光電探測(cè)器件2.1光電探測(cè)器的物理效應(yīng)2.2光電探測(cè)器的性能參數(shù)2.3外光電效應(yīng)型光電探測(cè)器2.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測(cè)器2.5固體成像器件2.6光電探測(cè)光源3內(nèi)光電效應(yīng)型探測(cè)器42光電探測(cè)器件42.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測(cè)器內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)（均質(zhì)型光電器件）半導(dǎo)體中束縛電荷接收光子能量后離開(kāi)平衡位置，進(jìn)入導(dǎo)電能帶，改變了半導(dǎo)體中非平衡載流子的濃度，從而影響其導(dǎo)電性能。光生伏特效應(yīng)（結(jié)型光電器件）光生電子聚集在PN結(jié)附近，改變平衡狀態(tài)下的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度，形成光生電動(dòng)勢(shì)。52.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測(cè)器2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器?光敏

2、電阻2.4.2pn結(jié)光伏探測(cè)器的工作模式2.4.3光電池2.4.4光電二極管與光電三極管2.4.5特殊結(jié)型光電二極管62.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器光敏電阻阻值對(duì)光照特別敏感，是一種典型的利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件。對(duì)于本征型，可用來(lái)檢測(cè)可見(jiàn)光和近紅外輻射對(duì)于非本征型可以檢測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的輻射72.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器82.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器結(jié)構(gòu)：由一塊涂在絕緣基底上的光電導(dǎo)材料薄膜和兩端接有兩個(gè)引線(xiàn)，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。電極和光電導(dǎo)體之間呈歐姆接觸。光敏電阻在電路中的符號(hào)9①光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體受光照后，吸收光子能量產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，引起載流

3、子濃度增加而使材料電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象。導(dǎo)體的電導(dǎo)率歐姆定律微分形式漂移速度：電子在電場(chǎng)作用下沿著電場(chǎng)的反方向作定向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)，定向運(yùn)動(dòng)的速率稱(chēng)為漂移速度。2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性10①光電導(dǎo)效應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)恒定時(shí)，載流子應(yīng)具有一個(gè)恒定不變的平均漂移速度，電場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)平均漂移速度也增大。平均漂移速度的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系對(duì)于半導(dǎo)體材料μ為遷移率，表示單位電場(chǎng)下電子的平均漂移速度，與材料特性有關(guān)2.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性112.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性①光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體材料無(wú)光照時(shí)暗電導(dǎo)有光照時(shí)電導(dǎo)率增量光電導(dǎo)122

4、.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益光生載流子的產(chǎn)生率α半導(dǎo)體吸收系數(shù)η量子效率N單位時(shí)間內(nèi)入射在單位面積上的光子數(shù)132.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益光生載流子濃度變化率τn、τp電子和空穴的平均壽命穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)載流子濃度穩(wěn)態(tài)時(shí)光電導(dǎo)率142.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益流過(guò)外電路的電流密度光電流152.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益描述光作用下外電路電流的增強(qiáng)能力。增益：光電流與入射光引起的單位時(shí)間電荷量的比值。162.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益172.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益電子的輸運(yùn)

5、時(shí)間為例：計(jì)算硅光電導(dǎo)體的增益?？紤]n型硅光電導(dǎo)體，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)=100μm，橫截面積為A=，少子壽命為，所加電壓為V=10V。（n型硅的電子遷移率典型值為1350,空穴遷移率為480。）光電導(dǎo)體增益為182.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性②電流與增益單位時(shí)間流過(guò)器件的電荷數(shù)大于器件內(nèi)光激發(fā)的電荷，從而使電流得到放大。①減小樣品長(zhǎng)度可以大大提高增益②增加載流子的壽命也可提高增益。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因?yàn)檫@樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。192.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性③靈敏度光

6、電導(dǎo)靈敏度單位入射光輻射功率所產(chǎn)生的光電導(dǎo)率相對(duì)靈敏度增益指在工作狀態(tài)下，各參數(shù)對(duì)光電導(dǎo)效應(yīng)的增強(qiáng)能力。（結(jié)構(gòu)特性）靈敏度是光電導(dǎo)體在光照下產(chǎn)生光電導(dǎo)能力的大小。（材料參數(shù)）202.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性④光電特性光電流與照度的關(guān)系：：光照指數(shù)：電壓指數(shù)弱光時(shí)，I與照度E成線(xiàn)性關(guān)系強(qiáng)光時(shí)，光電流與照度成拋物線(xiàn)歐姆接觸光照增強(qiáng)的同時(shí)，載流子濃度不斷的增加，同時(shí)光敏電阻的溫度也在升高，從而導(dǎo)致載流子運(yùn)動(dòng)加劇，因此復(fù)合幾率也增大，光電流呈飽和趨勢(shì)。（冷卻可以改善）212.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性⑤暗電阻和亮電阻光敏電阻在黑暗時(shí)的阻值稱(chēng)為暗電阻，一般情況下

7、，暗電阻都大于10兆，受光照時(shí)的阻值稱(chēng)為亮阻。暗阻與亮阻的比值也可作為衡量靈敏度的高低，比值越大，靈敏度越高。222.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性⑥伏安特性在一定的光照下，光電流I與所加電壓Ｕ的關(guān)系光敏電阻為純電阻，符合歐姆定律，對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)104伏特/厘米（強(qiáng)光時(shí)），不遵守歐姆定律。硫化鎘例外，其伏安特性在100多伏就不成線(xiàn)性了232.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性⑥伏安特性伏安特性曲線(xiàn)和負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)即為光敏電阻的工作點(diǎn)。242.4.1光電導(dǎo)型光探測(cè)器–特性光照使光敏電阻發(fā)熱，使得在額定功耗內(nèi)工作，其最高使用電壓由其耗散功率所決定，而功耗功率

8、又和其面積大小、散熱情況有關(guān)。⑥伏安特性252.4.