第03章光电导探测器精选文档.ppt
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1、第03章光电导探测器本讲稿第一页,共五十五页第第0303章章 光电导探测器光电导探测器利用半导体光电导效应制成的器件称为利用半导体光电导效应制成的器件称为光电导探测器光电导探测器,简称简称PC(Photoconductive)探测器又称为探测器又称为光敏光敏电阻电阻。特点特点 :光谱响应:紫外远红外光谱响应:紫外远红外 工作电流大,可达数毫安工作电流大,可达数毫安 可测强光,可测弱光可测强光,可测弱光 灵敏度高,光电导增益大于灵敏度高,光电导增益大于1 1 无极性之分无极性之分本讲稿第二页,共五十五页第第0303章章 光电导探测器光电导探测器3.1 3.1 材料结构原理材料结构原理3.2 3.
2、2 主要特性参数主要特性参数3.4 3.4 偏置电路和应用偏置电路和应用本讲稿第三页,共五十五页3.1 3.1 材料结构原理材料结构原理3.1.1 3.1.1 材料及分类材料及分类、V V族化合物,硅、锗以及一些有机物等族化合物,硅、锗以及一些有机物等 本征型光敏电阻:本征型光敏电阻:杂质型光敏电阻:杂质型光敏电阻:注意杂质型:注意杂质型:1.常用常用N型型 2.极低温度下工作极低温度下工作 本讲稿第四页,共五十五页杂质型光敏电阻:极低温度下工作杂质型光敏电阻:极低温度下工作?以以N N型为例:型为例:EcEvEdEd Ec Ed EgEgEd2.常温常温-杂质原子束缚电子杂质原子束缚电子或空
3、穴已被热激发成自由态或空穴已被热激发成自由态作为暗电导率的贡献量。长作为暗电导率的贡献量。长波光照波光照,已无束缚电子或束缚已无束缚电子或束缚空穴供光激发用,即光电导空穴供光激发用,即光电导为零或很微弱。为零或很微弱。1.杂质原子浓度远比基质原子杂质原子浓度远比基质原子浓度低得多。浓度低得多。本讲稿第五页,共五十五页3.1 3.1 材料结构原理材料结构原理3.1.2 光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程光电导的响应与光生载流子n成正比 曲线的解释:考虑P型半导体的本征吸收本讲稿第六页,共五十五页3.1.2 3.1.2 光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程光照时:光照时:弱光(n
4、(t)=p(t)p0)初始条件:t=0,n(0)=0 增长率 产生率 复合率 热致产生率 本讲稿第七页,共五十五页3.1.2 3.1.2 光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程光照时:光照时:为载流子寿命 本讲稿第八页,共五十五页3.1.2.3.1.2.光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程光照时:光照时:光照停止时:光照停止时:增长率 产生率 复合率 热致产生率 本讲稿第九页,共五十五页光照停止时:光照停止时:初始条件:t=0,3.1.2.3.1.2.光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程本讲稿第十页,共五十五页弱光照条件下光电导响应的两个基本结论:(1)响应时间(上升时间
5、和下降时间)等于载流子寿命且为常数(2)稳态光电导 与产生率成线性关系,即与辐射通量成正比3.1.2.3.1.2.光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程本讲稿第十一页,共五十五页阶跃光照时光电导响应:正弦光照时光电导响应:3.1.2.3.1.2.光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程本讲稿第十三页,共五十五页阶跃光照时光电导响应:正弦光照时光电导响应:上限截止频率:(频域)响应时间:(时域)光电导响应速度3.1.2.3.1.2.光照下的光电导响应过程光照下的光电导响应过程本讲稿第十四页,共五十五页3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理3.1 3.1 材料结构原理材料结构原理设
6、样品为N型材料 任务:1.导出电流表达式本讲稿第十五页,共五十五页在x处光生载流子浓度 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第十六页,共五十五页在x处光生载流子浓度 x处的光电导率为 漂移电流密度(A/m2)为 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第十七页,共五十五页漂移电流密度(A/m2)为 光电导探测器 平均光电流 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第十八页,共五十五页电压源:电压源:RSRL两者关系:两者关系:IS=ES/RS本讲稿第十九页,共五十五页光电导探测器 平均光电流(1).光电导探测器为受控恒流源 微变等效电路 光电阻Rp0-平均光照
7、时 光敏电阻的阻值U-光电阻Rp0上的分电压。利用该等效电路可方便地计算光电导探测器接受交变辐射时的输出信号。使用条件:光通量变化较小 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第二十页,共五十五页光电导探测器 平均光电流(1).光电导探测器为受控恒流源(2).光电导探测器光敏面做成蛇形光敏面做成蛇形光电流Ip与长度lz的平方成反比 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第二十一页,共五十五页光敏电阻结构示意图光敏电阻结构示意图 3.1.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第二十二页,共五十五页2.2.光电导增益光电导增益光电导探测器的内增益,也称为光电导增益 3.1
8、.3 3.1.3 结构和原理结构和原理本讲稿第二十三页,共五十五页第第0303章章 光电导探测器光电导探测器3.1 3.1 材料结构原理材料结构原理3.2 3.2 主要特性参数主要特性参数3.3 3.3 偏置电路和应用偏置电路和应用本讲稿第二十四页,共五十五页3.2 3.2 主要特性参数主要特性参数1.1.光电特性和光电特性和值值2.2.光电导灵敏度光电导灵敏度3.3.光谱特性光谱特性7.7.噪声特性噪声特性4.4.频率特性频率特性5.5.温度特性温度特性6.6.前历效应前历效应本讲稿第二十五页,共五十五页1.1.光电特性和光电特性和值值光敏电阻的光电流与入射光通量(光照度)之光敏电阻的光电流
9、与入射光通量(光照度)之间的关系称光电特性间的关系称光电特性 Sg比例系数,与材料有关比例系数,与材料有关 为电压指数,为电压指数,1 0.51照度指数照度指数强光强光为为0.5弱光弱光为为1弱光线性弱光线性(测量)(测量)强光非线性强光非线性(控制)(控制)本讲稿第二十六页,共五十五页照度指数照度指数值值(1)3.2 3.2 主要特性参数主要特性参数实用的光电特性参数:实用的光电特性参数:(1)例:表例:表31 值值暗电阻暗电阻 M亮电阻亮电阻 K本讲稿第二十七页,共五十五页2.2.光电导灵敏度光电导灵敏度弱光弱光,光电导灵敏度:光电导灵敏度:S/1m,S/1x S/W,S/W/cm2 3.
10、2 3.2 主要特性参数主要特性参数本讲稿第二十八页,共五十五页3.3.频率特性频率特性3.2 3.2 主要特性参数主要特性参数两个阶段:光电导探测器光电导探测器总的响应时间总的响应时间由探测器本身响应时间由探测器本身响应时间决定决定,与外接负载电阻大小无关。,与外接负载电阻大小无关。本讲稿第二十九页,共五十五页3.3.频率特性频率特性3.2 3.2 主要特性参数主要特性参数Load resistance RL/100 1k l0k 100kResponse time tr/ms 5.4 5.5 5.4 5.4CdSe光电导探测器:光电导探测器光电导探测器总的响应时间总的响应时间由探测器本身响
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