第6章-光探测材料及器件.ppt

(2)常用材料目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。1）硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。2）硒光电池光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适于接收可见光(响应峰值波长0.56μm)，最适宜制造照度计，常用于分析仪器、测量仪表。3）砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性则与太阳光谱最吻合。且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。因此，它在宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源方面的应用是有发展前途的。(3)光电池的基本特性：1)光谱特性光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。图为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知,不同材料的光电池,光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的,硅光电池在0.8μm附近,硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2μm,而硒光电池的范围只能为0.38~0.75μm。可见硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。2）光照特性光电池在不同光照度下,光电流和光生电动势是不同的,它们之间的关系就是光照特性。下图为硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出,短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系,开路电压（负截电阻RL无限大时）与光照度的关系是非线性的,并且当照度在2000lx时就趋于饱和了。因此光把电池作为测量元件时,应把它当作电流源的形式来使用,不能用作电压源。3)温度特性光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移,影响到测量精度或控制精度等重要指标,因此温度特性是光电池的重要特性之一。光电池的温度特性如图所示。从图中看出,开路电压随温度升高而下降的速度较快,而短路电流随温度升高而缓慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响,因此把它作为测量器件应用时,最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。4)频率特性光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。硅光电池具有较高的频率响应；硒光电池则较差。****几种不同材料光敏电阻的光谱特性**光电三极管的作用也是实现光电转换。但是，光电二极管的光电转换的灵敏度低，而光电三极管实质是在光电二极管的基础上加了一级放大，其光电转换的灵敏度大大提高。光电三极管为NPN结构，基极即为光窗口。大多数光电三极管只有发射极E和集电极C两个管脚。也有部分光电二极管基极B有引出管脚，作为温度补偿，不用时可将其减去。光电三极管的外形和电路图形符号如图8-7所示。*如图8-8所示。光电三极管可以等效为光电二极管和一般三极管的组合元件。图中ICBO随入射光的变化而变化，约为几十微安，而由于三极管的电流放大作用，集电极电流ICEO可达基极电流的几十倍。因此，光电三极管具有较高的光电转换的灵敏度。*如图8-8所示。光电三极管可以等效为光电二极管和一般三极管的组合元件。图中ICBO随入射光的变化而变化，约为几十微安，而由于三极管的电流放大作用，集电极电流ICEO可达基极电流的几十倍。因此，光电三极管具有较高的光电转换的灵敏度。*（2）光谱特性对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的。光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性,亦称为光谱响应。硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域,常被用作光度量测量（照度计）的探头。硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区,常用做火焰探测器的探头。可见光区几种光敏电阻的光谱特性曲线1-硫化镉单晶?2-硫化镉多晶?3-硒化镉多晶4-硫化镉与硒化镉混合多晶硫化镉(CdS)单晶、多晶、硫化镉与硒化镉(CdSe)混合多晶，硒化镉多晶等几种光敏电阻的光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515-750nm之间。尤其硫化镉多晶的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。(3)伏安特性所加的电压越高，光电流越大，而且没有饱和的现象。在给定的电压下，光电流的数值将随光照增强而增大。伏安特性在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。电阻在一定的电压范围内,其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关,而与电压、电流无关。（4）频率特性时间常数：光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的63%所需要的时间。多数光敏电阻的时间常数都很大。(5)温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线温度变化