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* 第四章 光电导器件 光电导效应---- 光照引起材料电导变化的现象称为光电导效,存在于大多数半导体和绝缘体中，是光电导器件工作的物理基础。 光敏电阻的特点： ①光谱响应范围宽，尤其是对红光和红外辐射有较高的响就度 ②偏置电压低，工作电流大 ③动态范围宽，既可测强光，也可测弱光 ④光电导增益大，灵敏度高 ⑤光敏电阻无极性，使用方便 4.1 光敏电阻的工作原理 4.1.1 光敏电阻的结构和分类 光敏电阻（光导管）---用光电导体制成的光电器件。 R 1.本征型光敏电阻 价带 导带 常温光照时 价带 导带 常温无光照时 Eg 要发生光电导效应，必须满足： Ug IP 2.杂质型光敏电阻 N 价带 导带 低温无光照时 Ed 低温有光照时 低温有光照时 P 工作时温度要低---防止热激发 低温无光照时 Ea 价带 导带 4.1.2 光敏电阻的工作原理 价带 导带 常温光照时 无光照时： 有光照时： 光电导率为： 定义迁移比 Ug IP 光生载流子不断的产生也不断的复合 设光生载流子的平均寿命为τ，当光敏电阻接收到的辐射通量为фs，光敏电阻的体积为V，量子效率为η， 设电场强度为Ex,则光电流密度为： 则光生载流子的浓度为： g 载流子产生率 光照增加时，光敏电阻的电导率增大，相应的光电流了增大 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------ 4.2 光敏电阻的主要的特性参数 暗电阻： 光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电阻值 暗电流： 此时电阻加上一定的电压所通过的电流为暗电流 亮电阻： 光敏电阻在一定光照时的电阻值 亮电流： 此时电阻加上一定的电压所通过的电流为亮电流 光电导： 光敏电阻由光照产生的电导 光电流： 由光照产生的电流 暗电导： 光敏电阻在室温条件下，在全暗时的电导 亮电导： 光敏电阻在一定光照时的电导值 暗电导： 亮电导： 光电导： 4.2.1 光电导灵敏度 暗电流： 亮电流： 光电流： 定义光电导灵敏度为Sg: 或 4.2.3 量子效率 入射一个光子所产生的电子或电子空穴对的数目 4.2.6 光电特性和γ值 弱光照射时： 一般情况下： 一般情况下： 或 一般照射时： 强光照射时： 直线性光电导 E Ip 光电流与照度关系曲线： 非线性 直线性光电导 或 4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声 4.3.1 偏置电路 Ub RL RP 或 电阻值随光照度的增大而减小 或 或 当光照变化不大时: U IU=Pmax Ub Ub/RL E2 E3 禁区 U I Ub RL RP I Q3 Q2 Q1 E1 E=0 或 输出电流变化： 输出电压变化： 4.3.2 噪声等效电路 产生复合噪声： 半导体受光照时，载流子不断地产生-复合，载流子产生-复合的平均数是一定的，但某一瞬间是起伏的，这种起伏引起半导体电导率的起伏，从而使输出电流或电压值起伏，由此引入的噪声叫…… ----在任何电阻性材料中, 载流子都会有无规则的热运动,从而引起输出电流或电压的起伏，此种噪声称为……. 是最常见的一种噪声形式. ----这类噪声的大小与频率成反比,因此而得名,它的产生与器件的杂质和工艺缺陷有关,但原因比较复杂. 热噪声： 1/f 噪声： 4.4 光敏电阻的特点和应用 4.4.1 光敏电阻的特点 与结型光电器件相比，光敏电阻具有以下特点： （1） 产生光电变换的部位不同。光敏电阻是任何部位均 可，位结型光电器件是结区附近 （2）光敏电阻没极性 （3）光敏电阻时间常数大，频率相应较差 （4）有些结型光电器件可以有放大功能，所以输出较大，而光敏电阻没有放大功能 4.4.2 使用时的注意事项 ①…… ②…… ③…… ④…… ⑤…… ⑥…… ⑦…… 4.4.3 常见光敏电阻 1. 硫化镉（CdS）光敏电阻 2. 硫化铅（PbS）光敏电阻 峰值波长：0.52μm,掺入微量铜或氯可以峰值波长变长 亮暗电导比可达1011，一般为106 在近红外波段比较灵敏，响应波长可达3μm,峰值探测率Dλ*=1.5*1011cm.Hz1/2/W, 但响应时间长，200~300 μs 3. 锑化铟（InSb）光敏电阻 4. 碲镉汞（HgCdTe）系列光敏电阻 5. 碲锡铅（PbSnTe）系列光敏电阻 长波限可达7.5 μm ，峰值探测率Dλ*=1.2*109cm.Hz1/2/W,冷却到零度时，还可提高2~3倍,时间常数2*10-2 μs Hg1-xCdxTe系列光敏电阻是由CdTe和 HgTe两种材料按不同的比例混合而成，不同的比例就有不