第1章 光电导探测器.ppt

* 知识回顾 1. 电导率的表达式： 5. 欧姆定律的微分形式： 2. 光电导效应： 3. 提高光电导效应的方法？ 4. 发生光电导效应的条件？ 6. 亮电流、暗电流、光电流 设：光电阻上的电压为U, 光电导长度为L，横截面积为A 无光照时电流为---- 光照产生的电流为----- 暗电导 暗电阻 光照时电流为---- 亮电导 亮电阻 光电导 暗电流 亮电流 光电流 三种量之间的关系-------- 光电导长度对光电流的影响------ 因此在设计光敏电阻时为了既减小电极间的距离L,又保证光敏电阻有足够的受光面积,一般采用如图所示的几种电极结构。 暗电导： 亮电导： 光电导： 1.5.2 光电导灵敏度 （photoconduction sensitivity） 暗电流： 亮电流： 光电流： 定义光电导灵敏度为Sg: 单位入射的光功率所产生的光电导 或 提高载流子的寿命可以提高灵敏度 光电导增益：表示长度为L的光电导体两端加上电压后，单位时间内流过外电路的载流子数与内部产生的载流子数比值。 半导体中，电子和空穴寿命相同，都可用平均寿命表示 利用： 称为载流子通过极间距离L所需的有效度越时间 1.5.3光电导增益 （ photoconductivity ） 提高增益的措施： 增加载流子的寿命 及 入射一个光子所产生的电子或电子空穴对的数目 1.5.4 量子效率（ quantum efficiency ） 锗的禁带宽度为0.66ev; 硅的禁带宽度为1.12ev 1.5.5 光谱响应率与光谱响应曲线 光谱响应率：在某一特定波长下，输出光电流（或电压）与入射辐射能量之比。 光谱响应率为： 可以看出,增大增益系数可得到很高的光谱响应率。提高光敏电阻的光谱响应率可以： 减小电极间距 延长载流子寿命 较长波长，吸收系数小，量子效率低 波长减小，吸收系数增大，几乎全被吸收，电光导达到峰值。 波长继续减小，吸收系数继续增加，复合增加，寿命减低，量子效率下降。 长波限：峰值一半处所对应的波长。 1.5.5 光谱响应曲线 1.5.6 光电导惰性和响应时间 对于非定态情况，例如当光照开始及撤去的瞬间有 1. 弱光情况: Δn n0，Δpp0: 将是时间的函数，必须解方程才能 求得。 由于对不同的光照水平和不同的光电导类型，方程的形式不 同，故分不同情况进行处理。 载流子的浓度满足： a. 光照开始时，t=0, Δn=0 ： b. 当 ，Δn=Δn0 c. 光撤除光照后时，g=0, 根据初始条件t=0时，Δn= Δn 0 上升时间=下降时间=载流子寿命 上升时间=下降时间=载流子寿命 光生载流子浓度上升到稳态值的63%所 需的时间称为光敏电阻的上升时间。 光照停止后,定义光生载流子下降到稳定值的37%时所需的时间为下降时间。上升时间和下降时间相等，都等于载流子寿命,t=τ。 为驰豫时间，表征了光电导的特性，越长，驰豫时间越大，这种现 象就是光电导的惰性。 1.5.6 光电导惰性和响应时间 小结：载流子的寿命增加，可以提高灵敏度和增益，但是会增加光 电导的惰性，因此必须折中考虑。 2. 强光情况: Δn n0，Δpp0: 载流子的浓度满足： 式中，r为电子和空穴的复合率 a. 光照开始时，t=0, Δn=0 ： b. 撤除光照时，t=0, Δn=Δn0 ： 其中： tanh x=sinh x / cosh x sinh x=(e^(x)-e^(-x))/2 ， cosh x=(e^x+e^(-x))/2 所以tanhx = (e^(x)-e^(-x)) /(e^x+e^(-x)) 强光下，光电导同时受到产生率和复合率的影响。 * 1.1 什么是半导体光电器件 半导体光电器件是把光和电这两种物理量联系起来， 使光和电相互转化的新型半导体器件。 利用半导体的光电效应制成的器件。 是一种利用光子与电子的相互作用所具有的特性来 实现某种功能的半导体器件。 * 1.2半导体光电器件的分类 光电器件主要有利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光伏打效应工作的半导体发光器件以及光电池，探测器件和成像器件。 半导体发光器件 利用半导体PN结正向通电时载流子注入符合发光的器件称为半导体发光器件 发光二极管 半导体激光器 * 太阳能电池 * 光电探测器 通过电子