第4章光电导探测器.ppt

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1、第第第第4 4 4 4章章章章 光电导探测器光电导探测器光电导探测器光电导探测器第4章光电导探测器 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望利用光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称利用光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称利用光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称利用光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称PCPC(PhotoconductivePhotoconductive)探测器，通常又称为探测器，通常又称为探测器，通常又

2、称为探测器，通常又称为光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻。光电导效应：光电导效应：光电导效应：光电导效应：光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生变化，这就是光电导效应。变化，这就是光电导效应。变化，这就是光电导效应。变化，这就是光电导效应。光电导效应是光电导效应是光电导效

3、应是光电导效应是半导体半导体半导体半导体材料的一种体效应，不需形成材料的一种体效应，不需形成材料的一种体效应，不需形成材料的一种体效应，不需形成pnpn结，故结，故结，故结，故又常称为又常称为又常称为又常称为无结无结无结无结光电探测器。光电探测器。光电探测器。光电探测器。与一般电阻器不同，它是与一般电阻器不同，它是与一般电阻器不同，它是与一般电阻器不同，它是有源器件有源器件有源器件有源器件，工作时要加以适当的偏，工作时要加以适当的偏，工作时要加以适当的偏，工作时要加以适当的偏流或偏压。流或偏压。流或偏压。流或偏压。光电导探测器可根据不同光电导探测器可根据不同光电导探测器可根据不同光电导探测器可

4、根据不同类型类型类型类型的光电导效应和材料差异分为的光电导效应和材料差异分为的光电导效应和材料差异分为的光电导效应和材料差异分为本征型、杂质型、薄膜型和扫积型光电导探测器。本征型、杂质型、薄膜型和扫积型光电导探测器。本征型、杂质型、薄膜型和扫积型光电导探测器。本征型、杂质型、薄膜型和扫积型光电导探测器。概述概述2022/12/62022/12/62 2一、光电导效应一、光电导效应一、光电导效应一、光电导效应光电导效应只发生在某些光电导效应只发生在某些光电导效应只发生在某些光电导效应只发生在某些半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料和和和和绝缘体材料绝缘体材料绝缘体材料绝缘体材料中，金中，金中

5、，金中，金属没有光电导效应。属没有光电导效应。属没有光电导效应。属没有光电导效应。金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量金属之所以导电，是由于金属原子形成晶体时产生了大量的自由电子。自由电子浓度是个常量，不受外界因素影响。的自由电子。自由电子浓度是个常量，不受外界因素影响。的自由电子。自由电子浓度是个常量，不受外界因素影响。的自由电子。自由电子浓度是个常量，不受外界因素影响。半导体在半导体在半导体在半导体在0K0K时，导电时，导电时，导电时，导电载流子载流子载流子载流子浓度为浓度为浓

6、度为浓度为0 0。在。在。在。在0K0K以上，由于热以上，由于热以上，由于热以上，由于热激发而不断产生热生载流子激发而不断产生热生载流子激发而不断产生热生载流子激发而不断产生热生载流子(电子和空穴电子和空穴电子和空穴电子和空穴)，它在扩散过程，它在扩散过程，它在扩散过程，它在扩散过程中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在载流子的产生数目

7、正好等于因复合而消失的数目。因此在载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度n n和空穴浓度和空穴浓度和空穴浓度和空穴浓度p p，它们的平均寿命分别用，它们的平均寿命分别用，它们的平均寿命分别用，它们的平均寿命分别用 n n和和和和 p p表示。表示。表示。表示。4-1 4-1 光电导探测器的工作原理光电导探测器的工作原理2022/12/62022/12/63 3入射光辐射与晶格原子或杂质原子的束缚电子相互入射光辐射与晶格原子或杂质原子

8、的束缚电子相互入射光辐射与晶格原子或杂质原子的束缚电子相互入射光辐射与晶格原子或杂质原子的束缚电子相互作用，光子将激发出新的载流子【自由电子空穴作用，光子将激发出新的载流子【自由电子空穴作用，光子将激发出新的载流子【自由电子空穴作用，光子将激发出新的载流子【自由电子空穴对（本征光电导）、自由电子或空穴（非本征光电对（本征光电导）、自由电子或空穴（非本征光电对（本征光电导）、自由电子或空穴（非本征光电对（本征光电导）、自由电子或空穴（非本征光电导）】，这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡导）】，这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡导）】，这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡导）】，这就使半导体中

9、的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量值上增加了一个量值上增加了一个量值上增加了一个量 n n和和和和 p p，新增加的部分在半导，新增加的部分在半导，新增加的部分在半导，新增加的部分在半导体物理中叫体物理中叫体物理中叫体物理中叫非平衡载流子非平衡载流子非平衡载流子非平衡载流子，又称之为，又称之为，又称之为，又称之为光生载流子光生载流子光生载流子光生载流子。显然，显然，显然，显然，p p和和和和 n n将使半导体的电导增加一个量将使半导体的电导增加一个量将使半导体的电导增加一个量将使半导体的电导增加一个量 G G，称之为称之为称之为称之为光电导光电导光电导光电导。使半导体材料的电导增加的效应为

10、使半导体材料的电导增加的效应为使半导体材料的电导增加的效应为使半导体材料的电导增加的效应为光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应。2022/12/62022/12/64 42022/12/62022/12/65 5本征光电导：本征光电导：本征光电导：本征光电导：长波阈：长波阈：长波阈：长波阈：短波阈：价带底到导带顶间的能量差。短波阈：价带底到导带顶间的能量差。短波阈：价带底到导带顶间的能量差。短波阈：价带底到导带顶间的能量差。非本征光电导：非本征光电导：非本征光电导：非本征光电导：E Ei i：杂质电离能：杂质电离能：杂质电离能：杂质电离能导带导带导带导带价带价带价带价带光激发光激发光激发光

11、激发电子电子电子电子空穴空穴空穴空穴受主能级受主能级受主能级受主能级施主能级施主能级施主能级施主能级非本征光电导非本征光电导非本征光电导非本征光电导导带导带导带导带价带价带价带价带光激发光激发光激发光激发电子电子电子电子空穴空穴空穴空穴本征光电导本征光电导本征光电导本征光电导2022/12/62022/12/66 6l lw wd dx xV VAAR RL LP PI I如果半导体的截面积是如果半导体的截面积是如果半导体的截面积是如果半导体的截面积是A A，则其，则其，则其，则其电导电导电导电导(亦亦亦亦称为热平衡暗电导称为热平衡暗电导称为热平衡暗电导称为热平衡暗电导)G G为为为为所以半导

12、体的所以半导体的所以半导体的所以半导体的电阻电阻电阻电阻R Rd d(亦称暗电阻亦称暗电阻亦称暗电阻亦称暗电阻)为为为为 载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度 载流子迁移率：载流子迁移率：载流子迁移率：载流子迁移率：在外电场在外电场在外电场在外电场E E作用下，载流子产生漂移运动，作用下，载流子产生漂移运动，作用下，载流子产生漂移运动，作用下，载流子产生漂移运动，漂移速度漂移速度漂移速度漂移速度v v和电场和电场和电场和电场E E之比定义为之比定义为之比定义为之比定义为载流子迁移率。载流子迁移率。载流子迁移率。载流子迁移率。载流子的漂移运动效果用半载

13、流子的漂移运动效果用半载流子的漂移运动效果用半载流子的漂移运动效果用半导体的导体的导体的导体的电导率电导率电导率电导率来描述：来描述：来描述：来描述：2022/12/62022/12/67 7二、光电导探测器的光电转换原理二、光电导探测器的光电转换原理L Lw wd dx xV VAAR RL LP PI I 光电导材料的吸收系数为光电导材料的吸收系数为，表面反射率为表面反射率为R，入射光功率在材料内部沿入射光功率在材料内部沿x方向的变化为方向的变化为P(x)2022/12/62022/12/68 8L Lw wd dx xP PI Id dx x于是平均光电流为：于是平均光电流为：于是平均光

14、电流为：于是平均光电流为：x x处的光生载流处的光生载流处的光生载流处的光生载流子密度子密度子密度子密度载流子在外电场作载流子在外电场作载流子在外电场作载流子在外电场作用下的漂移速度用下的漂移速度用下的漂移速度用下的漂移速度电极面积（电极面积（电极面积（电极面积（A Ad d=wdwd）电极面积元电极面积元电极面积元电极面积元d dA A=w wd dx xn:电子的迁移率电子的迁移率 x x处的光生面电流密度为：处的光生面电流密度为：处的光生面电流密度为：处的光生面电流密度为：漂移速度漂移速度漂移速度漂移速度v v又可以表示为：又可以表示为：又可以表示为：又可以表示为：2022/12/620

15、22/12/69 9 现在来求光生载流子的浓度现在来求光生载流子的浓度现在来求光生载流子的浓度现在来求光生载流子的浓度n n(x x)。稳态时单位时间单位体积内的稳态时单位时间单位体积内的稳态时单位时间单位体积内的稳态时单位时间单位体积内的 产生率复合率，则产生率复合率，则产生率复合率，则产生率复合率，则于是于是于是于是载流子平均载流子平均载流子平均载流子平均寿命寿命寿命寿命2022/12/62022/12/61010现在来处理积分式。现在来处理积分式。现在来处理积分式。现在来处理积分式。当当当当P P全部被吸收时（全部被吸收时（全部被吸收时（全部被吸收时（1 1），平均光生载流子浓度为：），

16、平均光生载流子浓度为：），平均光生载流子浓度为：），平均光生载流子浓度为：则，入射光功率全部被吸收产生的光电流为：则，入射光功率全部被吸收产生的光电流为：则，入射光功率全部被吸收产生的光电流为：则，入射光功率全部被吸收产生的光电流为：定义量子效率定义量子效率定义量子效率定义量子效率2022/12/62022/12/61111 于是于是于是于是 其中，其中，其中，其中，d d L L/v v 渡越时间渡越时间渡越时间渡越时间 ；G G 0 0/d d 内增益，内增益，内增益，内增益，表示一个光生载流子对探测器外回表示一个光生载流子对探测器外回表示一个光生载流子对探测器外回表示一个光生载流子对探测

17、器外回路电流的有效贡献。表明光电导探测器是一个具有内增路电流的有效贡献。表明光电导探测器是一个具有内增路电流的有效贡献。表明光电导探测器是一个具有内增路电流的有效贡献。表明光电导探测器是一个具有内增益的器件。益的器件。益的器件。益的器件。2022/12/62022/12/61212关于关于关于关于G G的讨论：的讨论：的讨论：的讨论：当当当当G G1 1时，表示光生载流子平均寿命时，表示光生载流子平均寿命时，表示光生载流子平均寿命时，表示光生载流子平均寿命 0 0刚好等于它在刚好等于它在刚好等于它在刚好等于它在电极间的渡越时间电极间的渡越时间电极间的渡越时间电极间的渡越时间 d d ，每产生一

18、个光电子对外回路电，每产生一个光电子对外回路电，每产生一个光电子对外回路电，每产生一个光电子对外回路电流正好提供一个电子的电荷流正好提供一个电子的电荷流正好提供一个电子的电荷流正好提供一个电子的电荷e e。当当当当G G111的情况，似乎光电子已渡越完毕，但其平均的情况，似乎光电子已渡越完毕，但其平均的情况，似乎光电子已渡越完毕，但其平均的情况，似乎光电子已渡越完毕，但其平均寿命却还未中止。寿命却还未中止。寿命却还未中止。寿命却还未中止。这种现象可以解释为：光生电子向正极运动，空穴这种现象可以解释为：光生电子向正极运动，空穴这种现象可以解释为：光生电子向正极运动，空穴这种现象可以解释为：光生电

19、子向正极运动，空穴向负极移动，空穴在移动过程中很容易被半导体内向负极移动，空穴在移动过程中很容易被半导体内向负极移动，空穴在移动过程中很容易被半导体内向负极移动，空穴在移动过程中很容易被半导体内晶体缺陷和杂质形成的晶体缺陷和杂质形成的晶体缺陷和杂质形成的晶体缺陷和杂质形成的陷阱陷阱陷阱陷阱所所所所俘获俘获俘获俘获。因此，当光电子在阳极消失时，空穴仍留在体内，因此，当光电子在阳极消失时，空穴仍留在体内，因此，当光电子在阳极消失时，空穴仍留在体内，因此，当光电子在阳极消失时，空穴仍留在体内，它将负极的电子感应到半导体中来，感应到体内的它将负极的电子感应到半导体中来，感应到体内的它将负极的电子感应到

20、半导体中来，感应到体内的它将负极的电子感应到半导体中来，感应到体内的电子又在电场中运动到正极，如此循环，直到正电电子又在电场中运动到正极，如此循环，直到正电电子又在电场中运动到正极，如此循环，直到正电电子又在电场中运动到正极，如此循环，直到正电中心（被俘获的空穴）消失。中心（被俘获的空穴）消失。中心（被俘获的空穴）消失。中心（被俘获的空穴）消失。显然，这种效应相当于一个光子激发，可以有多个显然，这种效应相当于一个光子激发，可以有多个显然，这种效应相当于一个光子激发，可以有多个显然，这种效应相当于一个光子激发，可以有多个电子相继通过电极，因而在外回路对总的光电流的电子相继通过电极，因而在外回路对

21、总的光电流的电子相继通过电极，因而在外回路对总的光电流的电子相继通过电极，因而在外回路对总的光电流的贡献将多于一个电子，相当于光电流被放大。贡献将多于一个电子，相当于光电流被放大。贡献将多于一个电子，相当于光电流被放大。贡献将多于一个电子，相当于光电流被放大。由于载流子平均寿命由于载流子平均寿命由于载流子平均寿命由于载流子平均寿命 0 0是一个统计平均值，故光电是一个统计平均值，故光电是一个统计平均值，故光电是一个统计平均值，故光电导探测器的内增益导探测器的内增益导探测器的内增益导探测器的内增益G G也是一个也是一个也是一个也是一个统计平均量统计平均量统计平均量统计平均量。2022/12/62

22、022/12/61414结论：结论：光电导探测器是一个具有内增益的器件。光电导探测器是一个具有内增益的器件。内增益内增益G与器件的材料、结构尺寸及外加偏与器件的材料、结构尺寸及外加偏压（偏流）有关。压（偏流）有关。对于光生载流子平均寿命长、迁移率大的对于光生载流子平均寿命长、迁移率大的光电导材料，极间距离小的光电导探测器，光电导材料，极间距离小的光电导探测器，G值可达到几百。值可达到几百。2022/12/62022/12/61515三、光电导探测器的工作模式及等效电路三、光电导探测器的工作模式及等效电路结构形式：结构形式：结构形式：结构形式：偏置电路形式：偏置电路形式：偏置电路形式：偏置电路形

23、式：入射光入射光入射光入射光电极引线电极引线电极引线电极引线电极引线电极引线电极引线电极引线金属电极金属电极金属电极金属电极半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料光电导探测器结构示意图光电导探测器结构示意图光电导探测器结构示意图光电导探测器结构示意图偏偏偏偏置置置置电电电电源源源源R Rd d（光电导器件）（光电导器件）（光电导器件）（光电导器件）R RL L光电导探测器偏置电路光电导探测器偏置电路光电导探测器偏置电路光电导探测器偏置电路2022/12/62022/12/61616等效电路：等效电路：等效电路：等效电路：I Ip pR Rd dC Cd dR Ri iC Ci i放大器放大器

24、放大器放大器V Vsoso(a)(a)交流等效电交流等效电交流等效电交流等效电路路路路 将光电导探测器等效为一个有源二端网络。将光电导探测器等效为一个有源二端网络。(a)为交流等效电路，其中为交流等效电路，其中I Ip p为光电流；为光电流；R Rd d、C Cd d分别为光电分别为光电导探测器等效内阻和电容，导探测器等效内阻和电容，R R1 1、C C1 1分别为放大器等效输入电分别为放大器等效输入电阻和电容。阻和电容。由于光电导探测器受光照射时的亮电阻比无光照射时的由于光电导探测器受光照射时的亮电阻比无光照射时的暗电阻暗电阻(一般约为一般约为10M以上以上)小得多，故图中小得多，故图中R

25、Rd d实际上就代实际上就代表亮电阻。通常亮电阻与暗电阻之比约在表亮电阻。通常亮电阻与暗电阻之比约在10-210-6数量级。数量级。亮电阻与暗电阻相差越大，探测器的灵敏度就越高。亮电阻与暗电阻相差越大，探测器的灵敏度就越高。2022/12/62022/12/61717(b)为光电导探测器的直流等效电路，为光电导探测器的直流等效电路，R RL L表示光电导表示光电导探测器输出回路的等效负载电阻，它可以是探测器探测器输出回路的等效负载电阻，它可以是探测器后续信号处理电阻或前置放大器的等效输入电阻。后续信号处理电阻或前置放大器的等效输入电阻。I Ip pR Rd dR RL LV VA A (b)(

26、b)直流等效电路直流等效电路直流等效电路直流等效电路2022/12/62022/12/61818输出电流与电压输出电流与电压输出电流与电压输出电流与电压1)1)短路电流短路电流短路电流短路电流(R RL LR Rd d)（恒压源）（恒压源）（恒压源）（恒压源）3)3)负载匹配负载匹配负载匹配负载匹配(R RL LR Rd d)时时时时这种情况称为匹配工作状态，这时探测器输出的电功率最这种情况称为匹配工作状态，这时探测器输出的电功率最这种情况称为匹配工作状态，这时探测器输出的电功率最这种情况称为匹配工作状态，这时探测器输出的电功率最大，光探测系统总的光电变换效率最高。大，光探测系统总的光电变换效

27、率最高。大，光探测系统总的光电变换效率最高。大，光探测系统总的光电变换效率最高。但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很大时，要始终保持匹配状态是困难的。大时，要始终保持匹配状态是困难的。大时，要始终保持匹配状态是困难的。大时，要始终保持匹配状态是困难的。I Ip pR Rd dR RL LV VAA2022/12/62022/12/61919输出电流与电压讨论：输出电流与电压讨论：输出电流与电压讨论：输出电流与电压讨论：1 1）高频工

28、作时要考虑电容影响；）高频工作时要考虑电容影响；）高频工作时要考虑电容影响；）高频工作时要考虑电容影响；2 2）光电流）光电流）光电流）光电流I Ip p与入射光功率的关系：与入射光功率的关系：与入射光功率的关系：与入射光功率的关系：由于半导体对光由于半导体对光由于半导体对光由于半导体对光的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与入射光功率也将呈现非线性关系。入射光功率也将呈现非线性关系。入射光功率也将呈现非线性关系。入射光功率也将呈现非线性关系

29、。弱入射辐射时，成简单线性弱入射辐射时，成简单线性弱入射辐射时，成简单线性弱入射辐射时，成简单线性强入射辐射时，成非线性（抛物线型）强入射辐射时，成非线性（抛物线型）强入射辐射时，成非线性（抛物线型）强入射辐射时，成非线性（抛物线型）2022/12/62022/12/62020一、光电导探测器的光谱特性一、光电导探测器的光谱特性 1.1.1.1.本本本本征征征征光电导的光谱分布：光电导的光谱分布：光电导的光谱分布：光电导的光谱分布：特点：特点：特点：特点：单峰；两端下降；长波限不明显单峰；两端下降；长波限不明显单峰；两端下降；长波限不明显单峰；两端下降；长波限不明显4-2 4-2 光电导探测器

30、的特性与性能参数光电导探测器的特性与性能参数0.30.30.50.51.01.02.02.05.05.010.010.00 02020404060608080100100波长波长波长波长/mm相对灵敏度相对灵敏度相对灵敏度相对灵敏度/%/%/%/%ZnSZnSCdSCdSGeGeCaAsCaAsSiSiCdSeCdSePbSPbSPbTePbTe90K90KPbSePbSe90K90KInSbInSb90K90K2022/12/62022/12/62121一、光电导探测器的光谱特性一、光电导探测器的光谱特性 2.2.2.2.杂质杂质杂质杂质光电导的光谱分布：光电导的光谱分布：光电导的光谱分布：

31、光电导的光谱分布：特点：特点：特点：特点：E Ei i p p的范围内，光谱响应随着波长的增大迅速减的范围内，光谱响应随着波长的增大迅速减的范围内，光谱响应随着波长的增大迅速减的范围内，光谱响应随着波长的增大迅速减小，因为波长接近长波限，光子产生光电导的能力小，因为波长接近长波限，光子产生光电导的能力小，因为波长接近长波限，光子产生光电导的能力小，因为波长接近长波限，光子产生光电导的能力接近极限。接近极限。接近极限。接近极限。在在在在 本征型的长波限。本征型的长波限。本征型的长波限。本征型的长波限。本征型本征型杂质型杂质型相相对对响响应应2022/12/62022/12/62929四、光电导的

32、弛豫四、光电导的弛豫光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消失的过程。光生载流子的积累和消失的过程。光生载流子的积累和消失的过程。光生载流子的积累和消失的过程。弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。弛豫现象表现了光电导对光强变化反应

33、的快慢。弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强下，光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强下，光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强下，光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强下，光电导探测光电导探测光电导探测光电导探测器器器器能否有效工作的问题。能否有效工作的问题。能否有效工作的问题。能否有效工作的问题。两种典型情况：两种典型情况：两种典型情况：两种典型情况：pp直线性光电导直线性光电导直线性光电导直线性光电导光电导与光强成线性关系，很多光电光电导与光强成线性关系，很多光电光电导与光强成线性关系，很多光电光电导与光强成线性关系，

34、很多光电导体在较低的光强下都具有这种性质；导体在较低的光强下都具有这种性质；导体在较低的光强下都具有这种性质；导体在较低的光强下都具有这种性质；pp抛物线性光电导抛物线性光电导抛物线性光电导抛物线性光电导光电导与光强的平方根成正比，很光电导与光强的平方根成正比，很光电导与光强的平方根成正比，很光电导与光强的平方根成正比，很多光电导体在低光强下属于直线性光电导，但在较高的多光电导体在低光强下属于直线性光电导，但在较高的多光电导体在低光强下属于直线性光电导，但在较高的多光电导体在低光强下属于直线性光电导，但在较高的光强下则为抛物线性光电导。光强下则为抛物线性光电导。光强下则为抛物线性光电导。光强下

35、则为抛物线性光电导。2022/12/62022/12/63030直线型光电导：直线型光电导：直线型光电导：直线型光电导：上升：上升：上升：上升：下降：下降：下降：下降：时间（单位时间（单位时间（单位时间（单位）1 12 23 30 01 12 23 34 40 05050100100上升上升上升上升下降下降下降下降光电导相对值光电导相对值光电导相对值光电导相对值/2022/12/62022/12/63131 抛物线型光电导：抛物线型光电导：抛物线型光电导：抛物线型光电导：上升：上升：上升：上升：下降：下降：下降：下降：时间（单位时间（单位时间（单位时间（单位）1 12 23 30 01 12

36、23 34 40 05050100100上升上升上升上升下降下降下降下降光电导相对值光电导相对值光电导相对值光电导相对值/2022/12/62022/12/63232五、频率响应及响应时间五、频率响应及响应时间由于驰豫时间的存在，其频率响应受到限制。由于驰豫时间的存在，其频率响应受到限制。由于驰豫时间的存在，其频率响应受到限制。由于驰豫时间的存在，其频率响应受到限制。截止频率截止频率截止频率截止频率f f3dB3dB ：f f/Hz/Hzf f3dB3dB1.01.00.7070.7071.01.00 02022/12/62022/12/63333讨论：讨论：一般情况下，在忽略外电路时间常数的

37、影响下，响应时间一般情况下，在忽略外电路时间常数的影响下，响应时间一般情况下，在忽略外电路时间常数的影响下，响应时间一般情况下，在忽略外电路时间常数的影响下，响应时间等于光生载流子的平均寿命等于光生载流子的平均寿命等于光生载流子的平均寿命等于光生载流子的平均寿命 0 0。而对于杂质半导体，往往存在一些陷阱，使载流子复合几而对于杂质半导体，往往存在一些陷阱，使载流子复合几而对于杂质半导体，往往存在一些陷阱，使载流子复合几而对于杂质半导体，往往存在一些陷阱，使载流子复合几率相应减少，相当于增加了载流子寿命。此时，响应时间率相应减少，相当于增加了载流子寿命。此时，响应时间率相应减少，相当于增加了载流

38、子寿命。此时，响应时间率相应减少，相当于增加了载流子寿命。此时，响应时间将不再等于载流子的平均寿命。在某些情况下，响应时间将不再等于载流子的平均寿命。在某些情况下，响应时间将不再等于载流子的平均寿命。在某些情况下，响应时间将不再等于载流子的平均寿命。在某些情况下，响应时间将比载流子平均寿命大将比载流子平均寿命大将比载流子平均寿命大将比载流子平均寿命大2 23 3个数量级。个数量级。个数量级。个数量级。对于光电导探测器来说，延长载流子寿命，可以增加器件对于光电导探测器来说，延长载流子寿命，可以增加器件对于光电导探测器来说，延长载流子寿命，可以增加器件对于光电导探测器来说，延长载流子寿命，可以增加

39、器件的内增益，对提高器件的响应率有利，但这却使器件的响的内增益，对提高器件的响应率有利，但这却使器件的响的内增益，对提高器件的响应率有利，但这却使器件的响的内增益，对提高器件的响应率有利，但这却使器件的响应时间增加，以至影响器件的高频性能。应时间增加，以至影响器件的高频性能。应时间增加，以至影响器件的高频性能。应时间增加，以至影响器件的高频性能。与光伏器件等其它光探测器相比，光电导器件增益较大而与光伏器件等其它光探测器相比，光电导器件增益较大而与光伏器件等其它光探测器相比，光电导器件增益较大而与光伏器件等其它光探测器相比，光电导器件增益较大而响应较慢，光电导器件适用于受光面较大、光电流与暗电响

40、应较慢，光电导器件适用于受光面较大、光电流与暗电响应较慢，光电导器件适用于受光面较大、光电流与暗电响应较慢，光电导器件适用于受光面较大、光电流与暗电流之比也较大的情况。流之比也较大的情况。流之比也较大的情况。流之比也较大的情况。2022/12/62022/12/63434 结论：结论：1)1)延长延长延长延长 ，（影响高频性能）（影响高频性能）（影响高频性能）（影响高频性能）2)2)相比而言（增益高，响应慢），适于受光面积相比而言（增益高，响应慢），适于受光面积相比而言（增益高，响应慢），适于受光面积相比而言（增益高，响应慢），适于受光面积 大的情况，但是，新型光电导器件，上升时间可达大的情况

41、，但是，新型光电导器件，上升时间可达大的情况，但是，新型光电导器件，上升时间可达大的情况，但是，新型光电导器件，上升时间可达几十皮秒量级。几十皮秒量级。几十皮秒量级。几十皮秒量级。通常，通常，通常，通常，CdSCdS光敏电阻的响应时间约为几十毫秒到几秒；光敏电阻的响应时间约为几十毫秒到几秒；光敏电阻的响应时间约为几十毫秒到几秒；光敏电阻的响应时间约为几十毫秒到几秒；CdSeCdSe光敏电阻的响应时间约为光敏电阻的响应时间约为光敏电阻的响应时间约为光敏电阻的响应时间约为1010-2-21010-3-3秒；秒；秒；秒；PbSPbS的响应的响应的响应的响应时间约为时间约为时间约为时间约为1010-4

42、-4秒。秒。秒。秒。2022/12/62022/12/63535六、光电导探测器的噪声六、光电导探测器的噪声包括：包括：包括：包括：热噪声、热噪声、热噪声、热噪声、g-rg-r噪声、噪声、噪声、噪声、1/1/f f 噪声噪声噪声噪声f f1/1/f f 噪声噪声噪声噪声g g-r r 噪声噪声噪声噪声热噪声热噪声热噪声热噪声1kHz1kHz1MHz1MHz光电导器件的噪声功率谱光电导器件的噪声功率谱光电导器件的噪声功率谱光电导器件的噪声功率谱2022/12/62022/12/63636七、光电导探测器的比探测率七、光电导探测器的比探测率受热噪声限制的比探测率（受热噪声限制的比探测率（受热噪声限

43、制的比探测率（受热噪声限制的比探测率（f f 1MHz1MHz）受产生复合噪声限制比探测率（受产生复合噪声限制比探测率（受产生复合噪声限制比探测率（受产生复合噪声限制比探测率（1kHz 1kHz f f 1MHz)1MHz)2022/12/62022/12/63737g-r噪声限制噪声限制热噪声限制热噪声限制2022/12/62022/12/63838八、温度特性八、温度特性受温度变化影响严重。受温度变化影响严重。受温度变化影响严重。受温度变化影响严重。主要主要主要主要原因：原因：原因：原因：当温度升高时，热激发载流子增多，除使当温度升高时，热激发载流子增多，除使当温度升高时，热激发载流子增多

44、，除使当温度升高时，热激发载流子增多，除使热噪声增加外，还使光生载流子寿命下降热噪声增加外，还使光生载流子寿命下降热噪声增加外，还使光生载流子寿命下降热噪声增加外，还使光生载流子寿命下降(复合几率增复合几率增复合几率增复合几率增大大大大)，从而使光电导器件响应度降低。，从而使光电导器件响应度降低。，从而使光电导器件响应度降低。，从而使光电导器件响应度降低。温度升高效果：温度升高效果：温度升高效果：温度升高效果：光谱响应度光谱响应度光谱响应度光谱响应度(下降）下降）下降）下降）峰值波长（短波移动）峰值波长（短波移动）峰值波长（短波移动）峰值波长（短波移动）长波限（短波移动）长波限（短波移动）长波

45、限（短波移动）长波限（短波移动）结论：结论：结论：结论：需要（深）制冷。需要（深）制冷。需要（深）制冷。需要（深）制冷。2022/12/62022/12/63939PbSPbSe2022/12/62022/12/64040九、前历效应九、前历效应九、前历效应九、前历效应大多数光电导探测器在稳定的光照下，其阻值有明显的大多数光电导探测器在稳定的光照下，其阻值有明显的大多数光电导探测器在稳定的光照下，其阻值有明显的大多数光电导探测器在稳定的光照下，其阻值有明显的漂移现象，而且经过一段时间间隔后复测阻值还有变化，漂移现象，而且经过一段时间间隔后复测阻值还有变化，漂移现象，而且经过一段时间间隔后复测阻

46、值还有变化，漂移现象，而且经过一段时间间隔后复测阻值还有变化，这种现象称为光电导探测器的前历效应。这种现象称为光电导探测器的前历效应。这种现象称为光电导探测器的前历效应。这种现象称为光电导探测器的前历效应。分为短分为短分为短分为短前历效应（放置时间短、光照时间短）和中前历前历效应（放置时间短、光照时间短）和中前历前历效应（放置时间短、光照时间短）和中前历前历效应（放置时间短、光照时间短）和中前历效应（放置时间长、光照时间长）效应（放置时间长、光照时间长）效应（放置时间长、光照时间长）效应（放置时间长、光照时间长）2022/12/62022/12/64141443 3 实用光电导探测器件实用光电

47、导探测器件一、本征型光电导探测器一、本征型光电导探测器一、本征型光电导探测器一、本征型光电导探测器1 1 1 1碲镉汞（碲镉汞（碲镉汞（碲镉汞（HgHg1-1-x xCdCdx xTeTe）光电导探测器）光电导探测器）光电导探测器）光电导探测器采用半导体合金法，将化合物采用半导体合金法，将化合物采用半导体合金法，将化合物采用半导体合金法，将化合物CdTeCdTe和和和和HgTeHgTe混合成合金系统。混合成合金系统。混合成合金系统。混合成合金系统。组分不同，禁带宽度是随组分不同，禁带宽度是随组分不同，禁带宽度是随组分不同，禁带宽度是随x x变化的：变化的：变化的：变化的：应用：应用：应用：应用

48、：红外红外红外红外波段应用，波段应用，波段应用，波段应用，在激光雷达、激光测距、光电对抗、制导及光通在激光雷达、激光测距、光电对抗、制导及光通在激光雷达、激光测距、光电对抗、制导及光通在激光雷达、激光测距、光电对抗、制导及光通信等领域得到广泛应用。信等领域得到广泛应用。信等领域得到广泛应用。信等领域得到广泛应用。2022/12/62022/12/642422022/12/62022/12/643432 2 2 2锑化铟光电导探测器锑化铟光电导探测器锑化铟光电导探测器锑化铟光电导探测器 InSbInSb是一种是一种是一种是一种直接带隙直接带隙直接带隙直接带隙半导体，其带隙半导体，其带隙半导体，其

49、带隙半导体，其带隙E Eg g很小，在室温很小，在室温很小，在室温很小，在室温300K300K时，时，时，时，E Eg g0.17ev0.17ev，相应的长波限和峰值响应波长分别为，相应的长波限和峰值响应波长分别为，相应的长波限和峰值响应波长分别为，相应的长波限和峰值响应波长分别为7.5m7.5m和和和和6m6m。当用液氮冷却至当用液氮冷却至当用液氮冷却至当用液氮冷却至77K77K时，带隙增加到时，带隙增加到时，带隙增加到时，带隙增加到0.23ev0.23ev，相应的长波限为，相应的长波限为，相应的长波限为，相应的长波限为5.4m5.4m，峰值，峰值，峰值，峰值响应波长为响应波长为响应波长为响

50、应波长为5m5m。通过改变器件工作温度能改变其光谱响应特性。通过改变器件工作温度能改变其光谱响应特性。通过改变器件工作温度能改变其光谱响应特性。通过改变器件工作温度能改变其光谱响应特性。InSbInSb材料因其带隙小，因此被广泛用来制造性能良好的材料因其带隙小，因此被广泛用来制造性能良好的材料因其带隙小，因此被广泛用来制造性能良好的材料因其带隙小，因此被广泛用来制造性能良好的近红外近红外近红外近红外探测器。探测器。探测器。探测器。这种器件虽可工作于室温，但噪声较大，故一般多在低温下工作。这种器件虽可工作于室温，但噪声较大，故一般多在低温下工作。这种器件虽可工作于室温，但噪声较大，故一般多在低温