常用光电探测器.ppt
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1、常用光电探测器简介,知识巩固,光电探测器的物理效应,知识巩固,1)以下属于内光电效应的有()A、光电发射效应 B、光电导效应 C、光生伏特效应 D、光磁效应2)在光线作用下,半导体电导率增加的现象属于()A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应3)以下几种探测器属于热探测器的有:()A、热电偶 B、热释电探测器 C、热敏电阻 D、超导远红外探测器4)表征光电探测器探测微弱光信号能力的参数是()A、通量阈 B、噪声等效功率 C、探测度 D、归一化探测度,知识巩固,1)以下属于内光电效应的有(BCD)A、光电发射效应 B、光电导效应 C、光生伏特效应 D、光磁效应2)在光线作用下
2、,半导体电导率增加的现象属于(BD)A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应3)以下几种探测器属于热探测器的有:(ABCD)A、热电偶 B、热释电探测器 C、热敏电阻 D、超导远红外探测器4)表征光电探测器探测微弱光信号能力的参数是(ABCD)A、通量阈 B、噪声等效功率 C、探测度 D、归一化探测度,常用光电探测器,光电导探测器光敏电阻PN结光伏探测器的工作模式硅光电池太阳电池 光电二极管 光热探测器 热敏电阻 热释电探测器,光电导探测器光敏电阻,无结光电探测器(无需形成pn结)光敏电阻或光导管(光照下改变自身的电阻率,光照愈强,器件自身的电阻愈小)没有极性电阻随光照强度而
3、变化的可变电阻器,光电导探测器(光电导效应原理),常用的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工业应用最多的,而PbS主要用于军事装备,,光敏电阻,在绝缘基片上淀积半导体薄膜,然后在薄膜面上蒸镀金或铟,形成梳状金属电极间距很近的电极之间,具有较大的光敏面积,从而获得很高的灵敏度。,1.光敏电阻的结构和偏置电路,M光电导体的光电流内增益,光敏电阻,光敏响应特性光照特性和伏安特性时间响应特性稳定特性噪声特性,2.光敏电阻的工作特性,光敏电阻的性能可依据其光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应、温度及噪声特性来判别;在实际应用中,可根据这些特性合理选择相应的器件。,光敏电阻
4、,光敏响应特性,对各种光的响应灵敏度随入射光的波长变化而变化的特性。常用光谱响应曲线、光谱响应范围及峰值响应波长来描述。,三种光敏电阻的光谱响应特性曲线,或,光敏电阻,光照特性,理想光电转换关系式:,实际光照特征呈非线性关系:,CdS的光照特性曲线,与器件的材料、尺寸、形状以及载流子寿命有关;,电压指数,与接触电阻等因素有关,其值一般为11.2;,照度指数,由杂质种类及数量决定,其值一般为0.51.0。,在低偏压、弱光照条件下,光敏电阻,伏安特性,当 时,最大。称为匹配状态。最大功率损耗限制:,光敏电阻,伏安特性,偏置电压的选取原则:,光敏电阻,时间响应特性,光敏电阻受光照后或被遮光后,回路电
5、流并不立即增大或减小,而是有一响应时间。响应时间常数是由电流上升时间和衰减时间表示。,光敏电阻的响应时间与入射光的照度,所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间(称为前历时间)等因素有关。,光敏电阻,稳定特性,光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。【例】CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0;照度高于10lx时,温度系数为正;小于10lx时,温度系数反而为负;照度偏离10lx愈多,温度系数也愈大。当环境温度在0+60的范围内时,光敏电阻的响应速度几乎不变;而在低温环境下,光敏电阻的响应速度变慢。例如,-30时的响应时间约为+20时
6、的两倍。光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。,光敏电阻,噪声特性,光电导探测器的噪声主要有三个噪声源贡献:产生-复合噪声、热噪声、1/f 噪声。,光敏电阻,CdS和CdSe:可见光辐射探测器,低造价、高可靠和长寿命;光电导增益比较高(103104),响应时间比较长(大约50ms)。PbS:近红外辐射探测器,波长响应范围在13.4m,峰值响应波长为2m,内阻(暗阻)大约为1M,响应时间约200s,室温工作能提供较大的电压输出;广泛用于遥感技术和红外制导技术。,3.几种典型的光敏电阻,光敏电阻,InSb:近红外辐射探测器,室温下工作噪声较大,在77K下,噪声性能大大改善,峰值响应波长为5
7、m,内阻低(大约50欧),响应时间短(大约5010-9s),适用于快速红外信号探测。HgxCd1-xTe探测器:化合物本征型光电导探测器,由HgTe和GdTe两种材料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线性变化。当x=0.2时响应波长为814m,工作温度77K,用液氮致冷;内电流增益约为500,低内阻,广泛用于10.6m的CO2激光探测。,3.几种典型的光敏电阻,光敏电阻,(1)用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配;(2)要防止光敏电阻受杂散光的影响;(3)要防止使光敏电阻的电参数(电压、功耗)超过允许值;(4)根据不同用途,选用不同特性的光敏电阻。,4.使用注意事项,PN结光
8、伏探测器的工作模式,利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏探测器,也称结型光电器件。品种很多,包括各种光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器(PSD)、光电耦合器件等。和光电导探测器不同,光伏探测器的工作特性要复杂一些。通常有光电池和光电二极管之分,也就是说,光伏探测器有着不同的工作模式。因此在具体讨论光伏探测器的工作特性之前,首先必须弄清楚它的工作模式问题。,PN结光伏探测器的工作模式,PN结光伏探测器的典型结构如图所示。为说明光功率转换成光电流的关系,设想光伏探测器两端被短路,并用一理想电流表记录
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