第四章 光辐射探测.ppt

n+p结构硅光电二极管（2DU）： 光敏区外侧有保护环（ n+ 环区），其目的是表面层漏电流，使暗电流明显减少。其有三根引出线，n侧的电极称为前极， n侧的电极称为后极，环极接电源偏置正极，也可断开，空着。 （2）光谱响应特性和光电灵敏度 （3）伏安特性 （V/R—V为直流负载线） （4）频率响应特性 频率特性好,适宜于快速变化的光信号探测。 光电二极管的频率特性响应主要由三个因素决定：(a)光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；(b)光生载流子在耗尽层内的漂移时间；(c)与负载电阻RL并联的结电容Ci所决定的电路时间常数。 【4.2.2. PIN硅光电二极管】 要改善硅光电二极管的频率特性，由前面分析可知：应设法减小载流子的扩散时间和结电容。 PIN硅光电二极管就是在P区和N区之间加上一本征层（I层）光电二极管。 P I N I层载流子浓度非常低是一个高阻层。 ①在pn结上加上反向偏压后，它将成为具有较强内部电场的区域，减小了载流子的渡越时间；②通过加入这个高阻层I层，扩大了携带电信号的光生载流子的产生空间，从而提高了灵敏度； 高阻层起的作用 PIN光电二极管在光通信、光雷达和快速光 电自动控制领域有着广泛的应用。 ③降低了影响频率响应的pn结的电容量，即降低了回路的时间常数，从而提高了其频响速度。实际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素是电路的时间常数。合理选择负载电阻是一个很重要的问题。 光电流由两部分组成：1）光照下，在I区产生电子-空穴对，电子和空穴在强电场下分离，电子向n区移动 而空穴向p区移动，并以光电流形式向外流出； 2）还有一部分光电流是由于光进入到了n区里，产生了空穴，空穴进入I层内，同样也产生漂移 光电流的形成 【4.2.3 雪崩二极管】 它是利用pn结当加的反向偏压接近击穿时，发生载流子碰撞雪崩电离，以获得光生载流子倍增的器件。 在给pn结加上反向电压后，它几乎不会有电流流过，但如果反向电压增大到一定值 后，反向电流迅速增大的现象称为pn结击穿，发生击穿时的电压称为反向击穿电压。 pn结击穿 增大，而是由于载流子数目的增加。到目前为止，pn击穿共有三种：雪崩击穿、隧道击穿和热电击穿。 光子照射 电子-空穴对，当pn结反向电压足够高时，它们在结内高电场作用下，获得足够高的动能，在定向运动过程中与晶体原子碰撞产生新的电子-空穴对，新产生的电子和空穴又在电场中获得足够能量，通过碰撞再产生电子和空穴……如此下去，像雪崩一样迅速反应而激发出大量的载流子，使初始的光电流大大增加。 雪崩碰撞电离原理： 产生 4.2.4硅光电池 零偏压pn结光伏探测器——光伏工作模式——光电池 硅光电池的用途：光电探测器件，电源。 【 短路电流和开路电压】 短路电流——RL=0，开路电压——RL=∞。 单片硅光电池的开路电压约为0.45～0.6V，短路电流密度约为150～300A/m2。 光电池等效电路 在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电位差计接在光电池两端，测量出开路电压；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻（小于1Ω）电流表短接，电流表的示值即为短路电流。 【测量方法】 【 光谱、频率响应及温度特性】 光电池的频率特性不太好,原因有二：一是光电池的光敏面一般做的很大，导致结电容较大；二是光电池的内阻较低，而且会随输入光功率的大小变化。 在强光照射或聚光照射情况下，必须考虑光电池的工作温度及散热措施。通常Si光电池使用的温度不允许超过125℃。 4.2.5.光电三极管 4.3 光热探测器 1. 热敏电阻 热敏电阻——由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化。电阻随温度变化的规律： 称为热敏电阻的温度系数, 称为正温度系数, 称为负温度系数。 2. 热释电探测器 利用热释电效应制成的探测器称为热释电探测器。 常用热释电材料：硫酸三月甘肽（TGS）、铌酸锶钡（SBN）、钽酸锂（LT）、钛酸铅陶瓷（PT）、钛酸锆酸铅陶瓷（PZT）等。 SBN在大气中性能稳定，热电系数大，响应速度快（τ1ns）。在光通信，雷达技术中有使用前途。 应用电路 应用1 应用2 第四章 光辐射探测技术 光电效应 是指在光照情况下，电子逸出电子表