第四章+光電導(dǎo)器件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第四章 光電導(dǎo)器件,光電導(dǎo)效應(yīng)-,光照引起材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象稱(chēng)為,光電導(dǎo)效,存在于大多數(shù)半導(dǎo)體和絕緣體中，是光電導(dǎo)器件工作的物理基礎(chǔ)。,光敏電阻的特點(diǎn)：,光譜響應(yīng)范圍寬，尤其是對(duì)紅光和紅外輻射有較高的響就度,偏置電壓低，工作電流大,動(dòng)態(tài)范圍寬，既可測(cè)強(qiáng)光，也可測(cè)弱光,光電導(dǎo)增益大，靈敏度高,光敏電阻無(wú)極性，使用方便,4.1 光敏電阻的工作原理,4.1.1 光敏電阻的結(jié)構(gòu)和分類(lèi),光敏電阻（光導(dǎo)管）-用光電導(dǎo)體制成的光電器件。,R,1.本征型光敏電阻,價(jià)帶,導(dǎo)帶,常溫光照時(shí),價(jià)帶,導(dǎo)帶,常溫?zé)o光照時(shí),E,g,要發(fā)生光電導(dǎo)效應(yīng)，必須滿(mǎn)足：,U,g,I,P,2.雜質(zhì)型光敏電阻,N,價(jià)帶,導(dǎo)帶,低溫?zé)o光照時(shí),E,d,低溫有光照時(shí),低溫有光照時(shí),P,工作時(shí)溫度要低-防止熱激發(fā),低溫?zé)o光照時(shí),E,a,價(jià)帶,導(dǎo)帶,4.1.2 光敏電阻的工作原理,價(jià)帶,導(dǎo)帶,常溫光照時(shí),無(wú)光照時(shí)：,有光照時(shí)：,光電導(dǎo)率為：,定義,遷移比,U,g,I,P,光生載流子不斷的產(chǎn)生也不斷的復(fù)合,設(shè)光生載流子的平均壽命為,，,當(dāng)光敏電阻接收到的輻射通量為,s,，光敏電阻的體積為V，量子效率為,，,設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為,E,x,則光電流密度為：,則光生載流子的濃度為：,g,載流子產(chǎn)生率,光照增加時(shí)，光敏電阻的電導(dǎo)率增大，相應(yīng)的光電流了增大,設(shè)：光電阻上的電壓為U,光電導(dǎo)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為A,無(wú)光照時(shí)電流為-,光照產(chǎn)生的電流為-,暗,電導(dǎo),暗,電阻,光照時(shí)電流為-,亮,電導(dǎo),亮,電阻,光,電導(dǎo),暗,電流,亮,電流,光,電流,三種量之間的關(guān)系-,光電導(dǎo)長(zhǎng)度對(duì)光電流的影響-,4.2 光敏電阻的主要的特性參數(shù),暗電阻：,光敏電阻在室溫條件下，在全暗時(shí)的電阻值,暗電流：,此時(shí)電阻加上一定的電壓所通過(guò)的電流為暗電流,亮電阻：,光敏電阻在一定光照時(shí)的電阻值,亮電流：,此時(shí)電阻加上一定的電壓所通過(guò)的電流為亮電流,光電導(dǎo)：,光敏電阻由光照產(chǎn)生的電導(dǎo),光電流：,由光照產(chǎn)生的電流,暗電導(dǎo)：,光敏電阻在室溫條件下，在全暗時(shí)的電導(dǎo),亮電導(dǎo)：,光敏電阻在一定光照時(shí)的電導(dǎo)值,暗電導(dǎo)：,亮電導(dǎo)：,光電導(dǎo)：,4.2.1 光電導(dǎo)靈敏度,暗電流：,亮電流：,光電流：,定義光電導(dǎo)靈敏度為S,g,:,或,4.2.3 量子效率,入射一個(gè)光子所產(chǎn)生的,電子,或,電子空穴,對(duì)的數(shù)目,4.2.6 光電特性和,值,弱光照射時(shí),：,一般情況下：,一般情況下：,或,一般照射時(shí),：,強(qiáng)光照射時(shí),：,直線(xiàn)性光電導(dǎo),E,I,p,光電流與照度關(guān)系曲線(xiàn)：,非線(xiàn)性,直線(xiàn)性光電導(dǎo),或,4.3,光敏電阻的偏置電路和噪聲,4.3.1 偏置電路,U,b,R,L,R,P,或,電阻值隨光照度的增大而減小,或,或,當(dāng)光照變化不大時(shí):,U,IU=P,max,U,b,U,b,/R,L,E,2,E,3,禁區(qū),U,I,U,b,R,L,R,P,I,Q,3,Q,2,Q,1,E,1,E=0,或,輸出電流變化：,輸出電壓變化：,4.3.2 噪聲等效電路,產(chǎn)生復(fù)合噪聲：,半導(dǎo)體受光照時(shí)，載流子不斷地產(chǎn)生-復(fù)合，載流子產(chǎn)生-復(fù)合的平均數(shù)是一定的，但某一瞬間是起伏的，這種起伏引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率的起伏，從而使輸出電流或電壓值起伏，由此引入的噪聲叫,-在任何電阻性材料中,載流子都會(huì)有無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),從而引起輸出電流或電壓的起伏，此種噪聲稱(chēng)為.,是最常見(jiàn)的一種噪聲形式.,-這類(lèi)噪聲的大小與頻率成反比,因此而得名,它的產(chǎn)生與器件的雜質(zhì)和工藝缺陷有關(guān),但原因比較復(fù)雜.,熱噪聲：,1,/f,噪聲：,4.4,光敏電阻的特點(diǎn)和應(yīng)用,4.4.1 光敏電阻的特點(diǎn),與結(jié)型光電器件相比，光敏電阻具有以下特點(diǎn)：,（1）產(chǎn)生光電變換的部位不同。光敏電阻是任何部位均 可，位結(jié)型光電器件是結(jié)區(qū)附近,（2）光敏電阻沒(méi)極性,（3）光敏電阻時(shí)間常數(shù)大，頻率相應(yīng)較差,（4）有些結(jié)型光電器件可以有放大功能，所以輸出較大，而光敏電阻沒(méi)有放大功能,4.4.2 使用時(shí)的注意事項(xiàng),4.4.3 常見(jiàn)光敏電阻,1.硫化鎘（CdS）光敏電阻,2.硫化鉛（PbS）光敏電阻,峰值波長(zhǎng)：0.52,m,摻入微量銅或氯可以峰值波長(zhǎng)變長(zhǎng),亮暗電導(dǎo)比可達(dá)10,11,，一般為10,6,在近紅外波段比較靈敏，響應(yīng)波長(zhǎng)可達(dá)3,m,峰值探測(cè)率D,*,=1.5*10,11,cm.Hz,1/2,/W,但響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，,200300,s,3.銻化銦（InSb）光敏電阻,4.碲鎘汞（HgCdTe）系列光敏電阻,5.碲錫鉛（PbSnTe）系列光敏電阻,長(zhǎng)波限可達(dá)7.5,m,，峰值探測(cè)率D,*,=1.2*10,9,cm.Hz,1/2,/W,冷卻到零度時(shí)，還可提高23倍,時(shí)間常數(shù)2*10,-2,s,Hg,1-x,Cd,x,Te系列光敏電阻是由CdTe和 HgTe兩種材料按不同的比例混合而成，不同的比例就有不同的光譜測(cè)量范圍,Hg,0.8,Cd,0.2,Te：814,m，峰值波長(zhǎng)10.6 m,Hg,0.72,Cd,0.28,Te：35,m,Pb,1-x,Sn,x,Te:光譜范圍,810,m,響應(yīng)率低，應(yīng)用不廣泛,4.4.4 光敏電阻的應(yīng)用,常用來(lái)制作光控開(kāi)關(guān)，如照相機(jī)自動(dòng)曝光電路、公共場(chǎng)所用燈的自動(dòng)控制電路,1.已知某本征光電導(dǎo)體的禁帶寬度為1.5ev，某一N型光電導(dǎo)的導(dǎo)帶與雜質(zhì)能級(jí)之差為0.65 ev，分別求出它們的閾波長(zhǎng)是多少？并比較它們的閾波長(zhǎng)的差別。,補(bǔ)充習(xí)題：,2.有一光敏電阻已注明額定功率為P,max,，負(fù)載電阻也已確定為R,L,，為了保證此光敏電阻在不同光照時(shí)均能安全的工作，試證明電源電壓的選擇必須滿(mǎn)足：,3.設(shè)有一光電池,暗態(tài)下的電導(dǎo)為G,d,=2x10,-8,S(西門(mén)子),在入射輻射通量為10mw時(shí),光敏電阻的阻值R=1 x 10,4,已知負(fù)載電阻R,L,=2 x 10,4,外電源電壓U,b,=150v.試求當(dāng)入射輻射通量從9.5mw變化到10.5mw變化時(shí),輸出電流和輸出電壓的變化值.,U,b,R,L,Uo,R,U,4.光敏電阻適用作光控繼電器。如圖所示，一光敏電阻與晶體管相連，晶體管為硅管，其,值為50，繼電器的吸合電流為10mA，R,e,=100,。試計(jì)算繼電器吸合需多大的照度？（測(cè)得E=0,lx,時(shí)，R,P,=100M,。E=100 lx時(shí)，R,P,=10K,，其中U,b,=12V),J,R,P,+U,b,R,e,