第2章光电技术基础ppt课件.ppt
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1、第2章 光电导器件,利用具有光电导效应制成电导随入射光度量变化器件,称为光电导器件或光敏电阻。 光敏电阻具有体积小,坚固耐用,价格低廉,光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域,2.1 光敏电阻的原理与结构,2.1.1 光敏电阻的基本原理,图2-1所示为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号,在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。,当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb(如图2-1所示的电路)后,便有电流Ip流过,用检流计可以检测到该电流。,2.1.2 光敏电阻的基本结构,在第1章讨论光电导效应时我们知道,光敏电阻在微弱辐射作用的情况下光电导灵敏度Sg与光敏
2、电阻两电极间距离l 的平方成反比,,根据光敏电阻的设计原则可以设计出如图2-2所示的3种基本结构,图2-2(a)所示光敏面为梳形的结构。,2.1.3 典型光敏电阻,6,- 最小可测功率:信噪比为1时的入射信号光功率,噪声等效功率(NEP),归一化噪声等效功率,器件的信噪比,7,探测度与比探测度,探测度,归一化探测度-比探测度,2.2 光敏电阻的基本特性,2.2.1 光电特性,光敏电阻在黑暗的室温条件下,由于热激发产生的载流子使它具有一定的电导,该电导称为暗电导 。,当有光照射在光敏电阻上时,它的电导将变大,这时的电导称为光电导。 电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为光敏电阻的光
3、电特性。,光敏电阻在弱辐射,强辐射作用下,光敏电阻的电流Ip与作用到光敏电阻上的光照度E的关系曲线,在恒定电压的作用下,流过光敏电阻的光电流Ip为,式中Sg为光电导灵敏度,E为光敏电阻的照度。显然,当照度很低时,曲线近似为线性,随照度的增高,线性关系变坏,当照度变得很高时,曲线近似为抛物线形,综合弱辐射和强辐射,用指数因子表示光电流与照度的关系,把指数因子叫光电转换因子,光电转换因子在弱辐射作用的情况下为1(=1),随着入射辐射的增强,值减小,当入射辐射很强时值降低到0.5。,在实际使用时,常常将光敏电阻的光电特性曲线改用如图2-4所示的特性曲线。其中(a)为线性直角坐标系中光敏电阻的阻值R与
4、入射照度EV的关系曲线,而(b)为对数直角坐标系下的阻值R与入射照度EV的关系曲线。,如图2-4(b)所示的对数坐标系中光敏电阻的阻值R在某段照度EV范围内的光电特性表现为线性,即(2-2)式中的保持不变。,值为对数坐标下特性曲线的斜率。即,R1与R2分别是照度为E1和E2时光敏电阻的阻值。,2.2.2 伏安特性,光敏电阻本身为电阻,在电路中满足欧姆定律,但是阻值随光照的变化而变化可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压U与流过它的电流Ip的关系曲线,并称其为光敏电阻的伏安特性。,2.2.3 温度特性,光敏电阻为多数载流子导电的光电器件,具有复杂的温度特性。,图2-6所示为典型CdS与CdS
5、e光敏电阻在不同照度下的温度特性曲线。以室温(25)的相对光电导率为100%,观测光敏电阻的相对光电导率随温度的变化关系,可以看出光敏电阻的相对光电导率随温度的升高而下降,光电响应特性随着温度的变化较大。,2.2.4 时间响应,当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻时,光生电子要有产生的过程,光生电导率要经过一定的时间才能达到稳定。当停止辐射时,复合光生载流子也需要时间,把这个时间称为光敏电阻的响应时间(惯性)。,光敏电阻的惯性与入射辐射信号的强弱有关,下面分别讨论,1.弱辐射作用情况下的时间响应,t0,t=0,对于本征光电导器件在非平衡状态下光电导率和光电流I随时间变化的规律为,当t=r时,
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