光辐射的探测技术 赣南师范学院.ppt

* 光电子技术学课件之十三： ——第四章光辐射的探测技术 （3） §4 常用光电探测器简介（2） 制作者： 赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华 2006 ．10 一、pn结光伏探测器的工作模式 pn结具有光伏效应，利用pn结的光伏效应制作的光电探测器称为光伏探测器。 在光照射下，在pn结区产生光生电子-空穴对，在内电场的作用下，电子向n区、空穴向p区作漂流运动，被内电场分离的电子和空穴就在外电路中形成电流-- 二、硅光电池——太阳电池 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。 1. 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 测量方法：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。 2. 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℃。 三、光电二极管 反偏电压pn结光伏探测器——光导工作模式 ——光电二极管 常见的光电二极管有：Si 光电二极管，PIN光电二极管,雪崩光电二极管（APD）肖特基势垒光电二极管等。 1、Si光电二极管 （1）结构原理 Si光电二极管有两种： 采用N型单晶硅和扩散工艺获得p+n结构硅光电二极管(2CU)； 采用P型单晶硅和磷扩散工艺获得n+p结构硅光电二极管（2DU）。 一律采用反偏。 p+n结构硅光电二极管(2CU) 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。 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。 本征层的电阻率很高，反偏电场主要集中在这一区域。高电阻使暗电流明显减少，在这里产生的光生电子-空穴对将立即被电场分离，并作快速漂移运动。 *