第4章光电导器件

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1、第第4章章 光电导器件光电导器件4.1 光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要特性参数光敏电阻的主要特性参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用光敏电阻的特点和应用一、光敏电阻的结构和分类一、光敏电阻的结构和分类二、光敏电阻的工作原理二、光敏电阻的工作原理1、结构及符号（电路符号和文字符号）、结构及符号（电路符号和文字符号）2、分类、分类三、光敏电阻的主要参数三、光敏电阻的主要参数光敏电阻是在一块均质光电导体两端加上电极，光敏电阻是在一块均质光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其它绝缘材料基贴在硬质玻璃、云母、高

2、频瓷或其它绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成的。属或塑料外壳内而成的。光电导材料（光敏层）、光电导材料（光敏层）、绝缘基板（玻璃或树枝防潮绝缘基板（玻璃或树枝防潮膜）、电极（无极性）膜）、电极（无极性）“RL”、“ RG”或或“R”结构：结构：文字符号：文字符号：电路符号：电路符号：R1）按制作材料分类：）按制作材料分类： 多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉）、硒化镉(CdSe) 、硫化铅硫化铅(PbS)、硒化铅、硒化铅(PbSe)、锑化铟、锑化铟(InSb)

3、 光敏电阻器等。光敏电阻器等。掺杂型光敏电阻掺杂型光敏电阻2）按制作材料类型分类：）按制作材料类型分类： 价带价带导带导带低温无光照时低温无光照时Ed低温有光照时低温有光照时低温有光照时低温有光照时低温无光照时低温无光照时Ea价带价带导带导带价带价带导带导带常温光照时常温光照时价带价带导带导带常温无光照时常温无光照时EgggEhcEh0本征半导体要发本征半导体要发生光电导效应，生光电导效应，必须满足：必须满足：光敏电阻分为两类-本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。从原理上说，P型、N型半导体均可制成光敏电阻，但由于电子的迁移率比空穴大，而且用N型半导体材料制成的光敏电阻性能较稳定，特性较好，故目前

4、大都使用N型半导体光敏电阻。两种类型光敏两种类型光敏电阻能带图电阻能带图为为了减少了减少杂质杂质能能级级上上电电子的子的热热激激发发，常需要在，常需要在低温下工作低温下工作工作原理：工作原理：光电导器件是利用半导体材料的光电导器件是利用半导体材料的光电导效应光电导效应制成制成的一种光电探测器，所谓光电导效应是当材料受的一种光电探测器，所谓光电导效应是当材料受到光辐射后，材料的电导率发生变化的现象。到光辐射后，材料的电导率发生变化的现象。入射光入射光特性特性 ：光敏电阻器是利用半导体光电导效应制光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，成的一种特殊电阻器，对光线十分敏

5、感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。小。它与光电池的比较？它与光电池的比较？无光照时，由于热激发产生载无光照时，由于热激发产生载流子，在外电场的作用下形成流子，在外电场的作用下形成暗电流暗电流LAUpILAUId0有光照时，由于光激发产生载有光照时，由于光激发产生载流子，再外电场的作用下形成流子，再外电场的作用下形成光电流光电流则流过光敏电阻的电流为亮则流过光敏电阻的电流为亮电流电流pdIII光敏电阻器的主要参数光敏

6、电阻器的主要参数 指光敏电阻器受到光照射时的电阻值指光敏电阻器受到光照射时的电阻值指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值1）亮电阻（）亮电阻（k）：）：2）暗电阻）暗电阻(M)：3）最高工作电压）最高工作电压(V)：指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压4）亮电流：）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流5）暗电流）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电

7、压下通过的电流的电流6）时间常数（）时间常数（s）：）：指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63时时所需的时间所需的时间7）电阻温度系数：）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变指光敏电阻器在环境温度改变1时，其电阻值的时，其电阻值的相对变化相对变化8）灵敏度：）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化暗电阻：暗电阻：光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电阻值光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电阻值暗电流：暗电流：此时电阻加上一定的电压所通过的电流为暗电流此时电阻加上一定的电压所通过的电

8、流为暗电流亮电阻：亮电阻： 光敏电阻在一定光照时的电阻值光敏电阻在一定光照时的电阻值亮电流：亮电流：此时电阻加上一定的电压所通过的电流为亮电流此时电阻加上一定的电压所通过的电流为亮电流光电导：光电导： 光敏电阻由光照产生的电导光敏电阻由光照产生的电导光电流：光电流：由光照产生的电流由光照产生的电流暗电导：暗电导：光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电导光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电导dgdIgIdPgggdPIII亮电导：亮电导：光敏电阻在一定光照时的电导值光敏电阻在一定光照时的电导值光敏电阻的相关概念光敏电阻的相关概念光敏电阻的主要的特性参数光敏电阻的主要的特性参数暗电导：暗电导：LAg0d

9、亮电导：亮电导：LAg光电导：光电导：LAgggdpESggp暗电流：暗电流：亮电流：亮电流：光电流：光电流：UgIddgUI 定义光电导灵定义光电导灵敏度为敏度为Sg:EgSpggpSg pggS UgEUSUgUgdgdPUgIPPgUdPIII注意注意Sg这两种表达式的单位有什么不同？这两种表达式的单位有什么不同？或或Sg0为暗电导率为暗电导率2 2、光电导增益（、光电导增益（M M）ppnnppnnpLULULUqNIM222)(ppLUpM2nnLUnM2)11(ptntptntpMnMMptntdrt111drtM光电导增益光电导增益M是光敏电阻的一个重要参数，它表示长度为是光敏电

10、阻的一个重要参数，它表示长度为L的光的光导体两端加上电压后，由光照产生的光生载流子在电场的作用下导体两端加上电压后，由光照产生的光生载流子在电场的作用下形成的外部光电流与光电子形成的内部电流形成的外部光电流与光电子形成的内部电流qN之比值，则之比值，则tdr称为载流子通过极间距称为载流子通过极间距离离L所需要的有效渡越时间所需要的有效渡越时间如何提高光电导增益系数？如何提高光电导增益系数？光电导器件的量子效率光电导器件的量子效率，表示输出的光电流与入射光子流之比，表示输出的光电流与入射光子流之比假设入射的单色辐射功率假设入射的单色辐射功率()()能产生能产生N N个光电子，则量子效率个光电子，

11、则量子效率 )(/ )()(NhvhvN无量纲无量纲它表示单位时间内它表示单位时间内每入射一个光子所能引起每入射一个光子所能引起的载流子数的载流子数 4 4、光谱响应率（、光谱响应率（ ）与）与光光谱谱响响应曲线应曲线 drpthvqMhvqqNMI)()()(MhCqthCqhvtqthvqISdrdrdrp)(1)()()()(输出光电流输出光电流 光谱响应率光谱响应率 3、量子效率（、量子效率（ ）)()(s从上式可知道提高增益系数从上式可知道提高增益系数M可使光谱响应率很可使光谱响应率很高，但实际上小于高，但实际上小于1，为什么？，为什么？光电导材料的光谱响应光电导材料的光谱响应理想情