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1、半导体光电器件第一页，讲稿共六十四页哦3.1光电导型光电探测器件光电导型光电探测器件一、概述一、概述二、光敏电阻的结构二、光敏电阻的结构三、光敏电阻的工作原理三、光敏电阻的工作原理四、光敏电阻的特性四、光敏电阻的特性五、光敏电阻的特点五、光敏电阻的特点六、注意事项六、注意事项第二页，讲稿共六十四页哦一、概述一、概述光电导型光电探测器件是光电导型光电探测器件是利用利用光电导效应光电导效应制制成的均质型光电探测器件。成的均质型光电探测器件。典型的光电导器件典型的光电导器件为为光敏电阻光敏电阻。常用的光敏电阻有常用的光敏电阻有CdSCdS硫化镉、硫化镉、CdSeCdSe硒化镉、硒化镉、以及以及TeC
2、dHgTeCdHg碲镉汞等。其中碲镉汞等。其中CdSCdS是是工业应用工业应用最最多的多的，而，而PbSPbS硫化铅主要用于硫化铅主要用于军事装备军事装备。HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe碲镉汞系列光敏电阻碲镉汞系列光敏电阻是目前所有探是目前所有探测器中性能最优良最有前途的探测器。测器中性能最优良最有前途的探测器。第三页，讲稿共六十四页哦光光电电导导效效应应：半半导导体体受受到到光光照照射射后后，其其内内部部产产生生光光生生载载流流子子，使使半半导导体体中中载载流流子子数数显显著著增增加加,在在外外电电场场的的作作用用下下，半半导导体体的的电电流流增增大大，电电导导增增大大而而电电阻
3、阻减减小的现象。小的现象。第四页，讲稿共六十四页哦一、概述一、概述在光电导体中，由于配制在光电导体中，由于配制在光电导体中，由于配制在光电导体中，由于配制CdCdCdCd组分组分(x(x(x(x量量)的不同的不同的不同的不同，可得到不同，可得到不同，可得到不同，可得到不同的禁带宽度的禁带宽度的禁带宽度的禁带宽度EgEg，从而制造出波长响应范围不同的，从而制造出波长响应范围不同的，从而制造出波长响应范围不同的，从而制造出波长响应范围不同的HgHgHgHg1-x1-xCdCdx x x xTeTeTeTe碲碲镉汞镉汞探测器。常用的有探测器。常用的有1-3m1-3m1-3m1-3m、3-5m3-5m
4、3-5m3-5m、8-14m8-14m8-14m8-14m三种波长范三种波长范围的探测器，所以对围的探测器，所以对大气窗口波段大气窗口波段大气窗口波段大气窗口波段的探测非常重要的探测非常重要的探测非常重要的探测非常重要 。性质：性质：光敏电阻在光照下会光敏电阻在光照下会光敏电阻在光照下会光敏电阻在光照下会改变自身的电阻率改变自身的电阻率改变自身的电阻率改变自身的电阻率;没有极性，只要把它当作没有极性，只要把它当作阻值随光照强度而变化的可变阻值随光照强度而变化的可变电阻电阻来对待即可来对待即可来对待即可来对待即可;在在在在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制电子电路、仪器仪表、光电控
5、制、计量分析以及光电制电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导导导导等领域得到了广泛的应用。等领域得到了广泛的应用。等领域得到了广泛的应用。等领域得到了广泛的应用。太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，
6、迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具光控灯饰，灯具光控灯饰，灯具光控灯饰，灯具第五页，讲稿共六十四页哦二、光敏电阻的结构二、光敏电阻的结构光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻电电电电路路路路符符符符号号号号第六页，讲稿共六十四页哦第七页，讲稿共六十四页哦三、光敏电阻的工作原理三、光敏电阻的工作原理无光照射时：无光照射时：无光照射时：无光照射时：导带基本为空，电阻率导带基本为空，电阻率导带基本为空，电阻率导带基本为空，电阻率很高。很高。很高。很高。有光照时：有光照时：有光照时：有光照时：本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体：a a 杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂
7、质半导体:b:b本本征征半半导导体体杂杂质质半半导导体体第八页，讲稿共六十四页哦四、光敏电阻的特性四、光敏电阻的特性1 1、光电导灵敏度、光电导灵敏度 R2 2、光谱响应特性、光谱响应特性3 3、光照特性、光照特性4 4、伏安特性、伏安特性5 5、响应特性（频率特性）、响应特性（频率特性）6 6、前历效应、前历效应7 7、温度特性、温度特性8 8、暗电阻和亮电阻、暗电阻和亮电阻9 9、噪声、噪声第九页，讲稿共六十四页哦按灵敏度定义（响应的变化量与输入的变化量之按灵敏度定义（响应的变化量与输入的变化量之比），可得比），可得其中：其中：其中：其中：g g：光电导，单位为西门子：光电导，单位为西门子
8、S S（-1）。）。）。）。E：光照度，单位为勒克斯（：光照度，单位为勒克斯（：光照度，单位为勒克斯（：光照度，单位为勒克斯（lxlx）。）。）。）。R R：单位为西门子：单位为西门子：单位为西门子：单位为西门子/勒克斯（勒克斯（勒克斯（勒克斯（S/lxS/lx）A:光敏面积光敏面积光敏面积光敏面积:光通量光通量光通量光通量1、光电导灵敏度、光电导灵敏度R第十页，讲稿共六十四页哦2、光谱响应特性、光谱响应特性 光谱响应特性是指光敏电阻的光谱响应特性是指光敏电阻的输出光电流输出光电流I I与入射与入射光波长光波长 之间的关系。之间的关系。性质：性质：不同的制作材料不同的制作材料对同一入射波长的光
9、吸收是不同的；对同一入射波长的光吸收是不同的；即使是同一材料，即使是同一材料，对不同波长对不同波长的光吸收也是不同的；的光吸收也是不同的；可见，可见，输出光电流值输出光电流值与与光波长光波长密切相关。密切相关。第十一页，讲稿共六十四页哦各各种种光光敏敏电电阻阻的的光光谱谱特特性性可可查查阅阅有有关关的的手手册册和和产品说明书。产品说明书。不同材料的光谱相应特性不同材料的光谱相应特性第十二页，讲稿共六十四页哦第十三页，讲稿共六十四页哦第十四页，讲稿共六十四页哦第十五页，讲稿共六十四页哦3、光照特性、光照特性定义：定义：光敏电阻的光照特性：指的是光敏电阻的光照特性：指的是光电流与光通量或光电流与光
10、通量或照度之间的关系。照度之间的关系。光电流光电流I与外加直流电压与外加直流电压V和和入射光通量入射光通量 或或照度照度E之间的关系可用下面关系式表示之间的关系可用下面关系式表示 或或 k为光敏电阻材料决定的常数为光敏电阻材料决定的常数V为为外加直流电源电压外加直流电源电压为系数，其值一般在为系数，其值一般在0.5-1。光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性第十六页，讲稿共六十四页哦4、伏安特性、伏安特性伏安特性：在一定光照下，光敏电阻的伏安特性：在一定光照下，光敏电阻的伏安特性：在一定光照下，光敏电阻的伏安特性：在一定光照下，光敏电阻的光电流光电流光电流光电
11、流与与所加所加所加所加电压电压电压电压的曲线关系的曲线关系的曲线关系的曲线关系暗电导暗电导暗电导暗电导Gd，即无光照射时，该曲线的斜率。其倒数，即无光照射时，该曲线的斜率。其倒数，即无光照射时，该曲线的斜率。其倒数，即无光照射时，该曲线的斜率。其倒数为暗电阻为暗电阻为暗电阻为暗电阻RdRd。无光照时的情况无光照时的情况光敏电阻的伏安特性曲线光敏电阻的伏安特性曲线光敏电阻的伏安特性曲线光敏电阻的伏安特性曲线第十七页，讲稿共六十四页哦5、响应特性（频率特性）、响应特性（频率特性）光敏电阻受光照后或被遮光后，回路电流并不立即增大或减小，光敏电阻受光照后或被遮光后，回路电流并不立即增大或减小，光敏电阻
12、受光照后或被遮光后，回路电流并不立即增大或减小，光敏电阻受光照后或被遮光后，回路电流并不立即增大或减小，而是有一定响应时间而是有一定响应时间而是有一定响应时间而是有一定响应时间。原因原因原因原因：光敏电阻是光敏电阻是依靠非平衡载流子效应工作依靠非平衡载流子效应工作依靠非平衡载流子效应工作依靠非平衡载流子效应工作的，非平衡载流子的，非平衡载流子的产生与复合的产生与复合都有一个时间过程都有一个时间过程都有一个时间过程都有一个时间过程，这个时间过程在一定程度，这个时间过程在一定程度，这个时间过程在一定程度，这个时间过程在一定程度上影响了上影响了上影响了上影响了光敏电阻对变化光照的响应。光敏电阻对变化
13、光照的响应。光敏电阻对变化光照的响应。光敏电阻对变化光照的响应。照度愈强，响应时间愈短；暗处放置的时间愈长，响应时间也照度愈强，响应时间愈短；暗处放置的时间愈长，响应时间也照度愈强，响应时间愈短；暗处放置的时间愈长，响应时间也照度愈强，响应时间愈短；暗处放置的时间愈长，响应时间也相应延长。相应延长。相应延长。相应延长。改善措施改善措施改善措施改善措施实际应用中，尽量实际应用中，尽量实际应用中，尽量实际应用中，尽量提高使用照明度提高使用照明度，降低所加电压、施加，降低所加电压、施加，降低所加电压、施加，降低所加电压、施加适当偏置光照、使光敏电阻不是从完全暗状态开始受光照适当偏置光照、使光敏电阻不
14、是从完全暗状态开始受光照适当偏置光照、使光敏电阻不是从完全暗状态开始受光照适当偏置光照、使光敏电阻不是从完全暗状态开始受光照.第十八页，讲稿共六十四页哦5、响应特性（频率特性）、响应特性（频率特性）光照度越大，其光照度越大，其光照度越大，其光照度越大，其响应特性越好，惰性越小响应特性越好，惰性越小响应特性越好，惰性越小响应特性越好，惰性越小第十九页，讲稿共六十四页哦第二十页，讲稿共六十四页哦6、前历效应、前历效应前历效应：是指光敏电阻的时间特性与工作前前历效应：是指光敏电阻的时间特性与工作前前历效应：是指光敏电阻的时间特性与工作前前历效应：是指光敏电阻的时间特性与工作前“历史历史历史历史”有关
15、的一种现有关的一种现有关的一种现有关的一种现象。象。象。象。分类：分类：分类：分类：暗态前历暗态前历暗态前历暗态前历 亮态前历亮态前历亮态前历亮态前历暗态前历效应暗态前历效应暗态前历效应暗态前历效应是指是指是指是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢，其效应曲线如下，其效应曲线如下，其效应曲线如下，其效应曲
16、线如下图所示。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应图所示。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应图所示。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应图所示。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越严重。就越严重。就越严重。就越严重。第二十一页，讲稿共六十四页哦第二十二页，讲稿共六十四页哦亮态前历效应亮态前历效应亮态前历效应亮态前历效应光敏电阻测试或工作前已处于亮态光敏电阻测试或工作前已处于亮态光敏电阻测试或工作前已处于亮态光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照，当照度与工作时所要达到的照，当照度与工作时所要达到的照，当照度与工作时所要达到的照度
17、不同时，所出现的度不同时，所出现的度不同时，所出现的度不同时，所出现的一种滞后现象一种滞后现象一种滞后现象一种滞后现象。一般，亮电阻由一般，亮电阻由一般，亮电阻由一般，亮电阻由高照度高照度高照度高照度状态变为状态变为状态变为状态变为低照度低照度低照度低照度状态达到稳定值时所需的时状态达到稳定值时所需的时状态达到稳定值时所需的时状态达到稳定值时所需的时间要比由间要比由间要比由间要比由低照度低照度低照度低照度状态变为状态变为状态变为状态变为高照度高照度高照度高照度状态时短。状态时短。状态时短。状态时短。第二十三页，讲稿共六十四页哦7、温度特性、温度特性灵敏度、光照特性、灵敏度、光照特性、响应率、光
18、谱响应率、响应率、光谱响应率、峰值波长、长波限峰值波长、长波限都都将发生变化，而且这将发生变化，而且这种变化缺乏一定的规种变化缺乏一定的规律。律。随着温度的升高光电随着温度的升高光电导值下降，随着温度的导值下降，随着温度的下降光电导值增大，而下降光电导值增大，而与照度无关。与照度无关。光敏电阻的温度特性光敏电阻的温度特性第二十四页，讲稿共六十四页哦8、暗电阻和亮电阻、暗电阻和亮电阻暗电阻：无光照射时，光敏电阻值的大暗电阻：无光照射时，光敏电阻值的大小。其值一般为几十千欧到几兆欧。小。其值一般为几十千欧到几兆欧。亮电阻：有光照射时的电阻值，其值与亮电阻：有光照射时的电阻值，其值与光照大小有关。光
19、照大小有关。第二十五页，讲稿共六十四页哦9、噪声、噪声光敏电阻的固有噪光敏电阻的固有噪声主要有三种：热噪声主要有三种：热噪声（声（1000Hz左右）、左右）、产生产生-复合噪声复合噪声（100Hz以上）、以上）、及噪声及噪声（100Hz以下）以下）噪声随调制频率的分布关系噪声随调制频率的分布关系 第二十六页，讲稿共六十四页哦五、光敏电阻的特点五、光敏电阻的特点1、体积小，偏置电压低，光谱响应范围宽；、体积小，偏置电压低，光谱响应范围宽；2、测光范围宽，灵敏度高，无极性之分。、测光范围宽，灵敏度高，无极性之分。3、时间常数一般为、时间常数一般为10-210-7秒，特制的可达秒，特制的可达10-1
20、0秒；响应时间长，频率特性差。秒；响应时间长，频率特性差。4、强光线性差，受温度影响大。、强光线性差，受温度影响大。5、实际应用中，在紫外和可见光区，光敏电、实际应用中，在紫外和可见光区，光敏电阻的优点不突出，主要用在自动相机和控光系阻的优点不突出，主要用在自动相机和控光系统中。在统中。在红外区红外区它的响应相对比较快、响应率它的响应相对比较快、响应率较高，机械性能好，因而得到广泛应用。较高，机械性能好，因而得到广泛应用。第二十七页，讲稿共六十四页哦六、使用中应注意：六、使用中应注意：1）当用于模拟量测量时，因光照指数）当用于模拟量测量时，因光照指数与与光照强弱有关，只有在光照强弱有关，只有在
21、弱光照弱光照下光电流与入下光电流与入射光通量成线性关系。射光通量成线性关系。2）用于）用于光度量测试仪器光度量测试仪器时，必须对光谱时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线符合。视效率曲线符合。3）光敏电阻的）光敏电阻的光谱特性光谱特性与与温度温度有关，温有关，温度低时，度低时，灵敏范围灵敏范围和峰值波长都向和峰值波长都向长波长波方向方向移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。电阻在长波区的灵敏度。第二十八页，讲稿共六十四页哦六、使用中应注意：六、使用中应注意：4）光敏电阻的）
22、光敏电阻的温度特性温度特性很复杂，电阻温很复杂，电阻温度系数有正有负，一般说，光敏电阻不适于在度系数有正有负，一般说，光敏电阻不适于在高温下使用，温度高时输出将明显减小，甚至高温下使用，温度高时输出将明显减小，甚至无输出。无输出。5）光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温）光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过下只有少数品种能超过1000Hz。6）设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻）设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的的额定功耗额定功耗，负载电阻值不能很小。，负载电阻值不能很小。7）进行动态设计时，应意识到光敏电阻）进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。的前历效应。第二十九页，讲稿共
23、六十四页哦第三章第三章半导体光电器件半导体光电器件3.2势垒型光电探测器件势垒型光电探测器件第三十页，讲稿共六十四页哦3.2势垒型光电势垒型光电(光伏光伏)探测器件探测器件vv3.2.1 3.2.1 概述概述vv3.2.2 3.2.2 光电池光电池vv3.2.3 3.2.3 光电二极管光电二极管vv3.2.4 3.2.4 光伏探测器的使用要点光伏探测器的使用要点第三十一页，讲稿共六十四页哦3.2.1概述概述vv利用半导体利用半导体PNPN结光伏效应制成的器件称为结光伏效应制成的器件称为光光伏器件伏器件，也称结型光电器件，也称结型光电器件(光敏电阻为匀质光敏电阻为匀质型型)。vv常见的光伏器件：
24、常见的光伏器件：光电池、光电池、光电二极管、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、光电晶体管、光电场效应管、PINPIN管、雪崩光管、雪崩光电二极管电二极管vv和光电导探测器不同，和光电导探测器不同，光伏探测器光伏探测器的工作特的工作特性要性要复杂复杂一些。通常有一些。通常有光电池光电池和和光电二极管光电二极管之分，也就是说，光伏探测器有着之分，也就是说，光伏探测器有着不同不同的工的工作模式。作模式。第三十二页，讲稿共六十四页哦3.2.2光电池光电池vv一、概述一、概述vv二、符号、连接电路、等效电路二、符号、连接电路、等效电路vv三、光电池的特性参数三、光电池的特性参数第三十三页，讲稿共六十
25、四页哦一、概述一、概述vv光电池的基本结构就是一个光电池的基本结构就是一个PN结结（零偏状态）（零偏状态）。vv按按材料材料分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型材料的光电池等。按定型材料的光电池等。按结构结构分，有同质结和分，有同质结和异质结光电池等。异质结光电池等。vv光电池中最典型的是光电池中最典型的是同质结硅光电池同质结硅光电池。vv国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成同而分成2CR系列和系列和2DR系列两种。系列两种。第三十四页，讲稿共六十四页哦vv2CR2CR系列硅光电池是以系列硅光电池是以N N型硅为衬
26、底型硅为衬底，P P型硅型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极前极前极前极或上电极或上电极或上电极或上电极，为了，为了，为了，为了减少遮光减少遮光，前极多作成梳状。衬，前极多作成梳状。衬，前极多作成梳状。衬，前极多作成梳状。衬底方面的电极称为后极或下电极。底方面的电极称为后极或下电极。底方面的电极称为后极或下电极。底方面的电极称为后极或下电极。vv为了为了为了为了减少反射光，增加透射光减少反射光，增加透射光减少反射光，增加透射光减少反射光，增加透射光，一般都在受光面，一般都在受光面，一般都在受光面，一般都在受光面上上上上涂有涂有SiO2 2或或或或Mg
27、FMgF2 2，SiSi3 3N N4 4，SiOSiO2MgFMgF2 2等材料等材料等材料等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的保护作用。保护作用。保护作用。保护作用。N（P）P（Si）P（B）N（Si）上电极（前极）下电极（后极）（a）2DR（b）2CR第三十五页，讲稿共六十四页哦vv目前最受重视的是目前最受重视的是目前最受重视的是目前最受重视的是硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池与与与与硒光电池硒光电池硒光电池硒光电池。vv硅光电池硅光电池：硅光电池具有：硅光电
28、池具有性能稳定，寿命长，光谱响应性能稳定，寿命长，光谱响应性能稳定，寿命长，光谱响应性能稳定，寿命长，光谱响应范围宽范围宽范围宽范围宽，频率特性好频率特性好和能和能和能和能耐高温耐高温耐高温耐高温等优点。因此硅光电池等优点。因此硅光电池在光度学、辐射测量、光学精密计量和测试及激光参数在光度学、辐射测量、光学精密计量和测试及激光参数测量等方面得到了广泛应用。测量等方面得到了广泛应用。vv硒光电池硒光电池：光谱响应曲线和人眼的光谱光视效率曲线：光谱响应曲线和人眼的光谱光视效率曲线的形状很相似，其的形状很相似，其光谱响应峰值波长与人眼的光谱光视光谱响应峰值波长与人眼的光谱光视效率的峰值相重合效率的峰
29、值相重合，且硒光电池价廉，因而在一些与人，且硒光电池价廉，因而在一些与人，且硒光电池价廉，因而在一些与人，且硒光电池价廉，因而在一些与人眼视觉有关系的光学器件中，在测量与控制应用中，多用眼视觉有关系的光学器件中，在测量与控制应用中，多用眼视觉有关系的光学器件中，在测量与控制应用中，多用眼视觉有关系的光学器件中，在测量与控制应用中，多用硒光电池。但应指出，硒光电池硒光电池。但应指出，硒光电池硒光电池。但应指出，硒光电池硒光电池。但应指出，硒光电池稳定性很差。稳定性很差。稳定性很差。稳定性很差。第三十六页，讲稿共六十四页哦硅光电池硅光电池:它是在它是在N N型硅片上扩散硼形成型硅片上扩散硼形成型硅
30、片上扩散硼形成型硅片上扩散硼形成P型层型层型层型层，并用电，并用电，并用电，并用电极引线把极引线把极引线把极引线把P P型和型和N型层引出，形成正负电极。型层引出，形成正负电极。型层引出，形成正负电极。型层引出，形成正负电极。SiOSiO2 2为防止表为防止表为防止表为防止表面反射光，提高转换效率。面反射光，提高转换效率。面反射光，提高转换效率。面反射光，提高转换效率。-+RLPN防反射膜(SiO2)pn+-SiO2PN 结硅光电池结构示意硅光电池结构示意第三十七页，讲稿共六十四页哦第三十八页，讲稿共六十四页哦二、符号、连接电路、等效电路二、符号、连接电路、等效电路光电池等效为一个光电池等效为
31、一个普通晶体二极管普通晶体二极管和一个和一个恒流源恒流源（光电流源）的并联。（光电流源）的并联。I光电流光电流 I Ij j普通二极管的结普通二极管的结电流电流IURLURLIpIj符号符号 连接电路连接电路 等效电路等效电路第三十九页，讲稿共六十四页哦三、光电池的特性参数三、光电池的特性参数vv伏安特性伏安特性vv光照特性（光电特性）光照特性（光电特性）vv光谱特性光谱特性vv频率特性频率特性vv温度特性温度特性第四十页，讲稿共六十四页哦伏安特性伏安特性vv输出电流和电压和负载电阻的变化曲线。输出电流和电压和负载电阻的变化曲线。vv二极管的伏安特性二极管的伏安特性vv由等效电路图可知由等效电
32、路图可知vv暗电流：当光通量为零时，是光电池加反向偏压后出暗电流：当光通量为零时，是光电池加反向偏压后出现的暗电流现的暗电流第四十一页，讲稿共六十四页哦vva a、当光电池、当光电池、当光电池、当光电池短路短路短路短路时，即时，即时，即时，即U=0，则，则，则，则此时此时此时此时I I称为称为短路电流，用短路电流，用表示。值得注意的是短路电流等于光表示。值得注意的是短路电流等于光电流，且与入射光照呈线性关系。电流，且与入射光照呈线性关系。vvb、当光电池、当光电池开路开路时，即时，即I=0,时，时，则则vv此时此时U称为开路电压，用称为开路电压，用表示。表示。UIpIjRLI第四十二页，讲稿共
33、六十四页哦光照特性光照特性硅光电池光照特性硅光电池光照特性硅光电池光照特性硅光电池光照特性硅光电池光照特性与负载电阻的关系硅光电池光照特性与负载电阻的关系硅光电池光照特性与负载电阻的关系硅光电池光照特性与负载电阻的关系定义：定义：定义：定义：硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池光照特性光照特性光照特性光照特性是指是指是指是指光生电动势光生电动势光生电动势光生电动势（开路电压）、光电流、与照度（开路电压）、光电流、与照度（开路电压）、光电流、与照度（开路电压）、光电流、与照度之之之之间的关系。间的关系。间的关系。间的关系。性质：性质：性质：性质：1 1、光生电动势（开路电压）、与、光生电动势（开路电
34、压）、与、光生电动势（开路电压）、与、光生电动势（开路电压）、与照度呈照度呈照度呈照度呈非线性非线性非线性非线性关系关系关系关系 2 2、光电流与照度之间呈、光电流与照度之间呈、光电流与照度之间呈、光电流与照度之间呈线性线性线性线性的关系的关系的关系的关系 3 3、光照特性与负载大小关系：、光照特性与负载大小关系：、光照特性与负载大小关系：、光照特性与负载大小关系：E E相同，负载增大，光电流变小，相同，负载增大，光电流变小，相同，负载增大，光电流变小，相同，负载增大，光电流变小，光照特性的线性区也变小。光照特性的线性区也变小。光照特性的线性区也变小。光照特性的线性区也变小。第四十三页，讲稿共
35、六十四页哦光谱特性光谱特性 光谱特性主要取决于光谱特性主要取决于光谱特性主要取决于光谱特性主要取决于所用所用所用所用材料与制作工艺材料与制作工艺材料与制作工艺材料与制作工艺（如结的深浅），也与（如结的深浅），也与（如结的深浅），也与（如结的深浅），也与使用温度有关。使用温度有关。使用温度有关。使用温度有关。、硒光电池与人眼特、硒光电池与人眼特、硒光电池与人眼特、硒光电池与人眼特性很接近性很接近性很接近性很接近、硅蓝光电池的结、硅蓝光电池的结、硅蓝光电池的结、硅蓝光电池的结深比较浅，结距深比较浅，结距深比较浅，结距深比较浅，结距受光面很近，受光面很近，受光面很近，受光面很近，减少减少减少减少了短
36、了短了短了短波长的光在透过受光表波长的光在透过受光表波长的光在透过受光表波长的光在透过受光表面时的吸收面时的吸收面时的吸收面时的吸收损耗损耗损耗损耗，提高，提高，提高，提高了短波长到达结了短波长到达结了短波长到达结了短波长到达结的几率。的几率。的几率。的几率。第四十四页，讲稿共六十四页哦频率特性频率特性 当光照射光电池时，由于载流子在当光照射光电池时，由于载流子在当光照射光电池时，由于载流子在当光照射光电池时，由于载流子在PNPN结区内扩散、漂移、产结区内扩散、漂移、产结区内扩散、漂移、产结区内扩散、漂移、产生复合需要时间过程。生复合需要时间过程。生复合需要时间过程。生复合需要时间过程。与材料
37、、结构、光敏面积大小有关。与材料、结构、光敏面积大小有关。与材料、结构、光敏面积大小有关。与材料、结构、光敏面积大小有关。光电池的响应时间由光电池的响应时间由光电池的响应时间由光电池的响应时间由PNPN结的电容和结的电容和结的电容和结的电容和R RL L决定，在要求更高决定，在要求更高决定，在要求更高决定，在要求更高的频率特性探测电路中，选用小面积的光电池较有利，同时的频率特性探测电路中，选用小面积的光电池较有利，同时的频率特性探测电路中，选用小面积的光电池较有利，同时的频率特性探测电路中，选用小面积的光电池较有利，同时选择合适的负载电阻。选择合适的负载电阻。选择合适的负载电阻。选择合适的负载
38、电阻。第四十五页，讲稿共六十四页哦温度特性温度特性vv、温度特性、温度特性、温度特性、温度特性U Uococ 和和和和I Iscsc随温度随温度随温度随温度的变化情况。的变化情况。的变化情况。的变化情况。vv、一般、一般、一般、一般U Uococ（负温度系数）（负温度系数）（负温度系数）（负温度系数）下降约下降约下降约下降约23mv/23mv/。C Cvv、I Iscsc（正温度系数）上（正温度系数）上（正温度系数）上（正温度系数）上升约升约升约升约78uA/78uA/。C Cvv、值得注意的是，光电池、值得注意的是，光电池、值得注意的是，光电池、值得注意的是，光电池受强光照射时，必须考虑光电
39、受强光照射时，必须考虑光电受强光照射时，必须考虑光电受强光照射时，必须考虑光电池的工作温度。池的工作温度。池的工作温度。池的工作温度。Se50Se50。C C，Si200Si200。C C时，器件损坏。时，器件损坏。时，器件损坏。时，器件损坏。第四十六页，讲稿共六十四页哦3.2.3光电二极管光电二极管vv一、概述一、概述一、概述一、概述vv二、分类二、分类vv三、工作模式三、工作模式三、工作模式三、工作模式vv四、表示符号及电路接法四、表示符号及电路接法四、表示符号及电路接法四、表示符号及电路接法vv五、工作特性五、工作特性五、工作特性五、工作特性第四十七页，讲稿共六十四页哦一、概述一、概述v
40、v光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PNPN结结结结。光电转换机。光电转换机。光电转换机。光电转换机理也是理也是理也是理也是光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应。vv它和光电池相比，重要的不同点是它和光电池相比，重要的不同点是它和光电池相比，重要的不同点是它和光电池相比，重要的不同点是结面积小结面积小结面积小结面积小，因此它的频率特性特别，因此它的频率特性特别，因此它的频率特性特别，因此它的频率特性特别好；且结的工作状态不同，光电池工作于好；且结的工
41、作状态不同，光电池工作于好；且结的工作状态不同，光电池工作于好；且结的工作状态不同，光电池工作于零偏状态零偏状态零偏状态零偏状态，光电二极管工，光电二极管工，光电二极管工，光电二极管工作于作于作于作于反偏状态反偏状态反偏状态反偏状态vv光生电势与光电池相同，但输出电流比普遍光电池小，一般光生电势与光电池相同，但输出电流比普遍光电池小，一般光生电势与光电池相同，但输出电流比普遍光电池小，一般光生电势与光电池相同，但输出电流比普遍光电池小，一般为数微安到数为数微安到数为数微安到数为数微安到数十微安十微安十微安十微安。vv光电二极管目前多用光电二极管目前多用光电二极管目前多用光电二极管目前多用硅或锗
42、硅或锗硅或锗硅或锗制成，但锗器件暗电流温度系数远大于硅制成，但锗器件暗电流温度系数远大于硅制成，但锗器件暗电流温度系数远大于硅制成，但锗器件暗电流温度系数远大于硅器件。工艺也不如硅器件成熟，虽然他的响应波长大于硅器件，但实际应器件。工艺也不如硅器件成熟，虽然他的响应波长大于硅器件，但实际应器件。工艺也不如硅器件成熟，虽然他的响应波长大于硅器件，但实际应器件。工艺也不如硅器件成熟，虽然他的响应波长大于硅器件，但实际应用仍不如硅器件。所以主要介绍硅光电二极管。用仍不如硅器件。所以主要介绍硅光电二极管。用仍不如硅器件。所以主要介绍硅光电二极管。用仍不如硅器件。所以主要介绍硅光电二极管。第四十八页，讲
43、稿共六十四页哦二、分类二、分类vv、按、按、按、按材料材料材料材料分，光电二极管有硅、砷化稼、锑化锢、铈化铅光电分，光电二极管有硅、砷化稼、锑化锢、铈化铅光电分，光电二极管有硅、砷化稼、锑化锢、铈化铅光电分，光电二极管有硅、砷化稼、锑化锢、铈化铅光电二极管等许多种。二极管等许多种。二极管等许多种。二极管等许多种。vv、按、按、按、按结构结构结构结构分，也有同质结与异质结之分。其中最典型的还是分，也有同质结与异质结之分。其中最典型的还是分，也有同质结与异质结之分。其中最典型的还是分，也有同质结与异质结之分。其中最典型的还是同质结硅光电二极管。同质结硅光电二极管。同质结硅光电二极管。同质结硅光电二
44、极管。vv、国产硅光电二极管按、国产硅光电二极管按、国产硅光电二极管按、国产硅光电二极管按衬底材料衬底材料衬底材料衬底材料的导电类型不同，分为的导电类型不同，分为的导电类型不同，分为的导电类型不同，分为2CU2CU和和和和2DU2DU两种系列。两种系列。两种系列。两种系列。2CU2CU系列以系列以系列以系列以N-SiN-Si为衬底，为衬底，为衬底，为衬底，2CU2CU系列光电二极管只有两个引出线；系列光电二极管只有两个引出线；系列光电二极管只有两个引出线；系列光电二极管只有两个引出线；2DU2DU系列以系列以系列以系列以P-SiP-Si为衬底，而为衬底，而为衬底，而为衬底，而2DU2DU系列光
45、电二极管有三条引出线，系列光电二极管有三条引出线，系列光电二极管有三条引出线，系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后极外，还设了一个环极。除了前极、后极外，还设了一个环极。除了前极、后极外，还设了一个环极。除了前极、后极外，还设了一个环极。2DU2DU管加环极的目的是为管加环极的目的是为管加环极的目的是为管加环极的目的是为了减少暗电流和噪声。了减少暗电流和噪声。了减少暗电流和噪声。了减少暗电流和噪声。第四十九页，讲稿共六十四页哦当管子当管子当管子当管子加反偏压加反偏压加反偏压加反偏压时，从前极流出的暗电子流，除了有时，从前极流出的暗电子流，除了有时，从前极流出的暗电子流，除了有时，从前极流出
46、的暗电子流，除了有PNPN结的结的结的结的反向漏电子流反向漏电子流外，还有通过表面感应电子层产生的漏外，还有通过表面感应电子层产生的漏外，还有通过表面感应电子层产生的漏外，还有通过表面感应电子层产生的漏电子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。电子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。电子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。电子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。为了减小暗为了减小暗为了减小暗为了减小暗电流电流电流电流，设置一个，设置一个N+-SiN+-Si的环把受光面（的环把受光面（的环把受光面（的环把受光面（N-SiN-Si）包围起来，）包围起来，）包围起来，）包围起来，并从并从并从并从N+-
47、SiN+-Si环上引出一条引线（环极），使它接到比前环上引出一条引线（环极），使它接到比前极电位更高的电位上，为极电位更高的电位上，为表面漏电子流提供一条不经表面漏电子流提供一条不经表面漏电子流提供一条不经表面漏电子流提供一条不经过负载即可达到电源的通路过负载即可达到电源的通路过负载即可达到电源的通路过负载即可达到电源的通路。减小流过负载的暗电减小流过负载的暗电流、减小噪声流、减小噪声2DU2DU管子管子第五十页，讲稿共六十四页哦因为是以因为是以N-SiN-Si为衬底，虽然受光面的为衬底，虽然受光面的为衬底，虽然受光面的为衬底，虽然受光面的SiO2防反射膜中也防反射膜中也防反射膜中也防反射膜中
48、也含有少量的正离子含有少量的正离子含有少量的正离子含有少量的正离子，而它的静电感应不会使，而它的静电感应不会使，而它的静电感应不会使，而它的静电感应不会使N-SiN-Si表面产表面产表面产表面产生一个和生一个和生一个和生一个和P-SiP-Si导电类型相同的导电层，从而也就不可能导电类型相同的导电层，从而也就不可能导电类型相同的导电层，从而也就不可能导电类型相同的导电层，从而也就不可能出现表面漏电流，所以不需要加环极。出现表面漏电流，所以不需要加环极。出现表面漏电流，所以不需要加环极。出现表面漏电流，所以不需要加环极。2CU2CU管子管子管子管子第五十一页，讲稿共六十四页哦三、工作模式三、工作模
49、式vv硅光电二极管是硅光电二极管是硅光电二极管是硅光电二极管是反偏的光电导工作模式反偏的光电导工作模式反偏的光电导工作模式反偏的光电导工作模式。vv无光照射时无光照射时无光照射时无光照射时，给结加适当的反向电压，反压加强了，给结加适当的反向电压，反压加强了，给结加适当的反向电压，反压加强了，给结加适当的反向电压，反压加强了内建电场，势垒增大，流过结的电流（称反向饱和电内建电场，势垒增大，流过结的电流（称反向饱和电内建电场，势垒增大，流过结的电流（称反向饱和电内建电场，势垒增大，流过结的电流（称反向饱和电流）很小，它（流）很小，它（流）很小，它（流）很小，它（反向电流反向电流反向电流反向电流）是
50、由）是由）是由）是由少数载流子少数载流子少数载流子少数载流子的漂移运动形的漂移运动形的漂移运动形的漂移运动形成的，称之为光电二极管的成的，称之为光电二极管的成的，称之为光电二极管的成的，称之为光电二极管的暗电流暗电流暗电流暗电流。vv有光照射时有光照射时有光照射时有光照射时，当满足条件，当满足条件，当满足条件，当满足条件时时时时，则在结产生，则在结产生，则在结产生，则在结产生光生光生光生光生载流子载流子载流子载流子被内建电场拉开，被内建电场拉开，被内建电场拉开，被内建电场拉开，电子向电子向电子向电子向N N区漂移区漂移区漂移区漂移，空穴向空穴向空穴向空穴向P P区漂移区漂移区漂移区漂移，在外加