第五章(全)光电子技术.ppt

影响性能的因素： 氧化处理的影响：PbS器件光电导的变化与制作过程的氧化程度 有关。氧化处理足够的PbS薄膜经光激发后载流子迁移率变化 大，光电导就大，器件也就更加灵敏。反之，对于氧化处理 不足的薄膜，则光激发后光电导变化小，相应的器件就不够 灵敏 温度的影响：薄膜所处的温度越高，热激发载流子越多，它将降低势垒高度，被内建电场限制的载流子很少，光激发后势垒降低释放的载流子相应也少，光电导就小。反之，在低温工作条件下，热激发载流子少，受光激发后光电导变化很大。因此，降低PbS薄膜工作温度，既可增大光电导，又可降低器件热噪声，从而大大提高器件的探测率。 光谱特性：图4—20示出了PbS薄膜光电导探测器的光谱特性。 在室温工作条件下：探测率可达1.5X1011cm.Hz1/2/W，峰值响应波 长为2.4um； 在195K低温条件下：峰值波长接近3um，探测率可高达 1012cm.Hz1/2/W 。 优点：1-3um波段应用最广泛的器件，工艺简单、成熟，器件的 响应率高，可工作于室温，价格低廉等。 缺点： Pbs薄膜光电导探测器的主要缺点是响应时间较长，一般 为100-300us，低温下甚至可长达几十毫秒。图4—21示出 了相应的频率响应特性曲线。 二、多晶PbSe光电导探测器 可工作于室温、中温或低温。图4—20示出了PbSe分别工作于77K、195K，295K时的光谱特性，其响应率比PbS低。 三、光敏电阻 特点：主要有CdS和CdSe光敏电阻，它们对可见光敏感。可分为单晶和多晶两种类型。 单晶CdS光敏电阻： 光谱响应：单晶CdS光敏电阻的光谱灵敏区在0.3-0.52um之间，光谱响应与人眼的光谱响应非常接近，具有较高的灵敏度，同时对X射线， 射线均有响应。 响应速度：CdS光敏电阻响应时间为几个毫秒左右。 多晶CdS光敏电阻 特点：多晶CdS光敏电阻光谱响应比单晶的宽，但响应时间较长，在光调制频率高于1kHz就难于使用。 CdSe光敏电阻 特点：光谱响应峰值在0.67um，响应时间比CdS快。 CdS、CdSe光敏电阻主要的特点是：造价低，可靠性高、寿命长，因而广泛应用于自动化技术和摄影机的光量计中。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 第五章：光电导探测器 简称PC(Photoconductive)探测器，也称为光敏电阻。 工作要求：为有源器件，工作时需要加适当的偏流或者偏压。 主要类型：本征型、杂质型、薄膜型和扫积型。 5.1 光电导探测器的工作原理及电流分析 一、光生电流的计算 材料：n型半导体 VA：外加电压 IP：光生电流 α：光电导材料的吸收系数 R：表面反射率。 τ0：载流子平均寿命。 P：入射的光功率。 入射光沿x方向的变化为： （5.1.1） L P d w x VA 图5.1、光电导探测器模型 如果n(x)表示在x处光生载流子浓度，在外加电场作用下该处的漂移电流密度J(x)为： （5.1.2） 为光生载流子在外加电场作用下的漂移速度 在探测器收集极上光电流平均值为 假如探测器光敏面受均匀照射，电流平均值可以写成 （5.1.4） ：为电子迁移率。 （5.1.3） 光生载流子浓度计算： 在x处单位长度材料上吸收的光功率为 αP(x)： ：在x处单位时间吸收的光子数 :在x方向上单位长度体积内的被吸收的光子数 密度,由于α包含了量子效率在里面，因此也 等于单位时间、单位体积产生的光电子数。 ：单位时间、单位体积内复合掉的光电子数。 平衡状态下产生的光电子数等于复合掉的光电子数，因此有 （5.1.5） （5.1.7） 代入（5.1.4）式后得到光电流为: 得到 计算量子效： Ip：产生的实际光电流; Ip0 ：入射光子全部被吸收所产生的光电流 当入射光全部被半导体材料吸收时，在平衡状态下有 (5.1.9) （5.1.8） 其中 称为光电导探测器的内增益， 计算Ip0 得到光生载流子浓度为 可以得到相应的光电流为： 得到量子效率为 (5.1.10)