光电检测电路讲义.pptxVIP

教学内容： •• ． ． • ••••• • ． 1 ■ 光电效应（掌握） 2. 光电检测器件的基本特性参数（理解） 光电检测技 第三节 光电效应 ••••• •••• ． ． 1、 光电效应： 当光照射到物体上使物体发射电 子、 或导电率发生变化、 或产生光电动势等， 这种因 光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。 ••• 光电检测技名:出饶：：：．。 ••．••． 2、 分类 叩外光电效应： 物质受到光照后向外发射电子的 现象称为外光电效应。 如光电管、 光电倍增管等； ＠内光电效应： 物质受到光照后所产生的光电子 只在物质内部运动而不会逸出物质外部的现象称为内 光电效应。 这种效应多发生千半导体内。 内光电效应 又可以分为光电导效应和光生伏特效应。 ••• 光电检测技名出饶 。 :：：：． •••• ＠光电导效应： 是指半导体受光照射后， 其内部 产生光生载流子， 使半导体中载流子数显著增加而电 阻减小的现象， 如光敏电阻。 ＠光生伏特效应： 是指光照在半导体PN结或金 属—半导体接触面上时， 会在PN结或金属半导体接触 面的两侧产生光电动势的现象。 如光敏二极管、 光敏 三级管、 光电池。 ． 一、 光电导效应 ••• ． 光电检测技名暴她。 ••••• 在半导体中， 电子未获得其它能量之前处千基”“ ． 态， 价带充满着电子， 导带没有电子， 所以这些材料 的电阻是较大的。 但是， 如果这些材料内的电子受到一种外来能量 如光子的激发， 且这种激发又能使电子获得足够的能 量越过禁带而跃入导带的话， 则材料中就会产生大量 的电子及空穴（光生载流子）参与导电， 因而材料的电 阻就相应减少。 这是由光吸收所引起的光电导效应。 ••• 光电检测技名•出饶•••。 ••••• 就光电器件而言， 最重要的参数是灵敏度、 弛豫勹 时间（惰性）和光谱分布。 1、 灵敏度（光电流或光电增益） 灵敏度通常指的是在一定条件下， 单位照度所引起 的光电流。 由千各种器件使用的范围及条件不一致， 因此灵敏度有各种不同的表示法。 光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强 弱。 它可以用光电增益G来表示。 ••• 光电检测技名出饶。 :：：：． 根据定态条件下电子与空穴的产生率与复合率相勹 等， 可以得出： l l G� 床ItL 其中fL� µ � µU G�/3中 了�/3亿µn + rpµp ) 了 u u l l 床µ与材料有关，U与使用有关，广与制造有关 光电导体的非平衡载流子寿命 T 越长， 迁移率µ 越大， 电极间距l足够小， 灵敏度就越高。 光电检测技 ••••• 2、 光电导的驰豫 光电导是非平衡载流子效应， •••• 因此有一定的弛豫现 象： 光照射到样品后， 光电导逐渐增加， 最后达到定 态。 光照停止， 光电导在一段时间内逐渐消失。 这种 弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。 光电 导上升或下降的时间就是弛豫时间， 或称为响应时间 （惰性）。 显然， 弛豫时间长， 表示光电导反应慢， 这时称 惯性大；弛豫时间短， 即光电导反应快， 称为惯性 小。 从实际应用讲， 光电导的弛豫决定了在迅速变化 的光强下， 一个光电器件能否有效工作的问题。 ••• 两种典型情况： 直线性光电导： 直线性光电导 抛物线性光电导 光电导与光强成线性关系； 光电检测技名•出饶•••。 • •••• •••• ． ． 抛物线性光电导： 光电导与光强的平方根成正比。 多数光电导器件特点： 在低光强下属千直线性光电 导， 在较强光强下属千抛物线性光电导。 ••• 光电检测技名出饶。 ••••• •••• ． ． 注： 灵敏度和驰豫时间是相矛盾的， 愈高， 驰豫时间愈短。 通常要求灵敏度 但是实际上， 灵敏度高， 驰豫时间也就越长； 敏度低， 驰豫时间也就越短。 灵 3、 光电导的光谱分布 •• ． ． ••••••• ． 心本征半导体的光谱分布曲线（见书图2 — 24) 光子能量 相 火刍 Si Ge ＾ 每一 曲线 都有一个 峰值， 光 谱分布存 在一长波 限。 ZnS 波长 本征半导体光谱分布曲线 ＠杂质半导体的光谱分布曲线 •• ． ． ••••••• ． 相 对 光响应 _.,,, I I \ // \ . / _,, \I / P型 /、 / \ II / .,I\,_.,,,/ ／ I I I I I I P型／ I I I I ．一 嘈. -一· 一· ，，， IIIIIIIII I, ／ I ／ ／ ／ ／ 1 1, ＇ } ＼ ＼ ＼ l l l l l l 1 1I 、 l ＼ ＼ 1 1 ＼ ＼ ＼ 、 l ＿ ＿ l 光子能量 杂质光电导的光谱 响应 曲线 多个峰值， 由 千杂质的电离能 小， 对应的长