光源与光电探测器.ppt

§4.3.2光电导探测器2.光敏电阻的工作特性1）光敏响应特性电导探测器的光谱响应特性，主要由材料和工艺过程决定，不同的材料，其光敏响应特性不同。第63页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515～600nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。可见光区光敏电阻的光谱特性第64页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器2.光敏电阻的工作特性2）光照特性在一定的偏置电压条件下，光敏电阻的光照特性呈非线性关系。回路电流---非线性关系u---光敏电阻两端电压：光照指数：电压指数第65页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器2.光敏电阻的工作特性光照特性曲线在低偏压，弱光照条件下，α＝1，γ＝1（i－p关系呈线性关系）第66页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器2.光敏电阻的工作特性3）稳定性光电导探测器的光学性能和电学性能受温度影响较大，随温度升高有的亮阻上升，有的下降，通常用光电导探测器的温度系数来衡量这一性能：不同材料的器件，光电导探测器有不同的温度系数，一般来说，在弱光照和强光照时Tc较大，中等光照时较小。第67页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器3.光电转换规律图中V表示外加偏置电压，l、b和d分别表示n型半导体得三维尺寸，光功率P在x方向均匀入射，假定光电导材料的吸收系数为α，表面反射率为R，则光功率在材料内部沿x方向的变化规律为相应的光生面电流密度j(x)为式中e为电子电荷，v为电子在外电场方向的漂移速度，n（x）为在x处的电子密度。第68页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器流过电极的总电流为稳态下，电子产生率＝复合率，可求出n(x)。若电子的平均寿命为τ，则电子的复合率为n(x)/τ，而电子的产生率等于单位面积、单位时间吸收的光子数乘以量子效率η，得τ为电子的平均寿命，η为量子效率有效量子效率M为电荷放大系数M为电荷放大系数，un是电子迁移率，V为外加偏压，l为结构尺寸。第69页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器4.光电导探测电路电路中的参数Vb和RL均会影响输出信号的电压值，那么，如何选择Vb和RL？第70页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器从图可见，负载电阻RL两端的直流压降为当光辐射照到探测器上时，探测器电阻Rd就发生变化，负载电阻RL两端压降也就发生变化，这个电压的变化量就是信号电压Vs当上式等于0时，有RL＝Rd，信号电压为极大值。第71页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器从电路图可见，在偏压Vb作用下，通过探测器电流I为Vb,max并不是最佳偏压。在探测器上消耗的功率P为经验数据－探测器的功耗不应超过0.1W/cm2，若探测器的面积为Ad，则消耗功率不应超过0.1Ad，与最大允许电压关系为：第72页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器信号、噪声电压随偏流变化图信号电压呈线性增长直到接近额定消耗功率为止。从噪声电压图线看，在偏流较低时，噪声电压没有信号电压增长得快；偏流较大时，噪声电压比信号电压增长得快，因而信噪比曲线出现极值状态。但曲线变化比较平缓，信噪比较大且范围宽；第73页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三§4.3.2光电导探测器5.几种典型的光电导探测器光电导探测器按晶体结构可分为多晶和单晶两类。多晶类多是薄膜型器件，如PbS、PbSe、PbTe等，单晶类中常见的有锑化铟（InSb）、碲镉汞（HgCdTe）、碲锡铅和掺杂型几种。（1）CdS和CdSe低造价的可见光辐射探测器（CdS：0.3～0.8μm，CdSe：0.3～0.9μm）。它们的主要特点是高可靠性和长寿命，因而广泛用于自动化技术中。光电导增益比较高(103～104)响应时间比较长(大约50ms)（2）PbS：近红外辐射探测器在室温条件下探测灵敏度最高的一种红外探测器，室温下的禁带宽度为0.37eV，相应的长波限为3μm。响应时间约20-100μs，广泛用于遥感技术和武器红外制导技术第74页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三