光电子技术概论复习概要.ppt

探测 2. 光电探测器的物理效应 D. 温差电效应 当两种不同的配偶材料两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。 * E. 热释电效应 热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。 金属/半导体 电介质（绝缘体） 在温度低于居里温度时，热电体的电极化强度随温度升高呈现出降低的变化。 探测 2. 光电探测器的物理效应 * 光电转换定律： 光功率P正比于光电场的平方 ——平方律探测器——非线性器件(本质)。 光电探测器对入射功率响应(光电流) ——一个光子探测器可视为一个电流源。 光电探测器使用时大多要加偏置电路， 使光电探测器有合适的电流、电压工作点（提高灵敏度、频率响应、减小噪声）。 探测 3. 光电导探测器——光敏电阻（光导管） * 在光的照射下材料的电阻率发生改变的现象（内光电效应）。 本征型光敏电阻 —— 一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测 非本征型光敏电阻—— 通常在低温条件下工作，常用于中、远红外辐射探测 物理过程： 光照 半导体材料 电导率增大 光子能量大于禁带宽度 hυ 无结 原理 探测 3. 光电导探测器——光敏电阻（光导管） * 无结 增益 对电荷有放大作用 ① 减小样品长度可以大大提高增益； ② 增加载流子的寿命也可提高增益。 光敏面作成蛇形，电极作成梳状 光敏电阻在电路中的符号 结构 探测 3. 光电导探测器——光敏电阻（光导管） * 无结 1. 光谱响应特性 光谱响应峰值波长取决于制造光敏电阻所用半导体材料的禁带宽度。 杂质，晶格缺陷 长波长方向扩展 对短波光的吸收系数大 对波长短于峰值波长的响应灵敏度降低 工作特性 2. 光照特性和伏安特性 （1）弱光时， i与照度P成线性关系 （2）强光时，光电流与照度成抛物线 探测 3. 光电导探测器——光敏电阻（光导管） * 无结 工作特性 2. 光照特性和伏安特性 一定的光照下，Ｉ光与电压Ｕ的关系; 相同的电压下，Ｉ光与光照Ｅ的关系 （1）光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律。强光时，不遵守欧姆定律。 （2）工作时注意散热。 （3）工作点为伏安特性曲线和负载线的交点。 3. 时间响应特性 具有前历效应，照度越强响应时间越短 探测 4. pn结光伏探测器 * 利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。 光伏探测器的内电流增益等于1 当照射光在半导体材料内激发出电子-空穴对时，电势垒的内建电场将把电子-空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，称为光伏效应。 光伏效应 光生空穴 - - - - + + + + + p n E i 电离受主 电离施主 光生电子 耗尽层 - 探测 4. pn结光伏探测器 * 一个PN结光伏探测器就等效为一个普通二极管和一个恒流源(光电流源)的并联，如图 (b)所示。它的工作模式则由外偏压回路决定。在零偏压时(图 (c))，称为光伏工作模式。当外回路采用反偏压V时(图 (d))，即外加P端为负n端为正的电压时，称为光导工作模式。 V u i iD (a) (b) (c) (d) i 探测 4. pn结光伏探测器 * 光伏工作模式 光电池 光导工作模式 光电二极管 普通二极管 探测 5. 光电池 * 光电池是利用光生伏特效应直接把光能转变成电能的器件，又称为太阳能电池。 工作原理： 当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区积聚负电荷，P区积聚正电荷，这样N区和P区之间出现电位差——光生电动势。 探测 5. 光电池 * 1. 短路电流和开路电压 光电池的短路电流与入射的光功率成正比。 光电池的开路电压与光电流的对数成正比。 短路电流密度约为150A/m2~ 300A/m2 开路电压约为0.45~0.6V 同一光电池的最佳负载电阻是入射光功率的函数（随入射功率的增大而减小） 2. 最佳负载电阻 探测 5. 光电池 * 3. 光谱、频率及温度特性 光电池的光谱特性取决于材料。 由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。 Si光电池使用的温度不允许超过125℃。 ?区：RLRm，负载电阻的变化将引起输出电压的大幅度变化，而输出电流却基本不变。 ?区： RLRm，负载电阻的变化将引起输出电流的大幅度变化，而输出电压变化很小。 探测 6. 光电二极管 * 以光导模式工作的结型光伏型探测器——光电二极管 光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此其频率特性特别好。 光电二极管使用时往往工作在反向偏置状态。 光伏探测器的反向偏置电路 结构 封装：金属外壳、入射窗口 2C