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1、常用光电探测器简介二、硅光电池二、硅光电池太阳电池太阳电池 零偏压pn结光伏探测器光伏工作模式光电池硅光电池的用途：光电探测器件，电源。1.短路电流和开路电压短路电流和开路电压短路电流RL=0，开路电压RL=。单片硅光电池的开路电压约为0.450.6V，短路电流密度约为150300A/m2。光电池等效电路测量方法：测量方法：在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电位差计接在光电池两端，测量出开路电压；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻（小于1）电流表短接，电流表的示值即为短路电流。2.光谱、频率响应及温度特性光谱、频率响应及温度特性 光光电电池池的的
2、频频率率特特性性不不太太好好,原原因因有有二二：一一是是光光电电池池的的光光敏敏面面一一般般做做的的很很大大，导导致致结结电电容容较较大大；二二是是光光电电池池的的内内阻阻较较低低，而而且会随输入光功率的大小变化。且会随输入光功率的大小变化。在强光照射或聚光照射情况下，必须在强光照射或聚光照射情况下，必须考虑光电池的工作温度及散热措施。通常考虑光电池的工作温度及散热措施。通常Si光电池使用的温度不允许超过光电池使用的温度不允许超过125。三、光电二极管三、光电二极管 反偏反偏电压电压pn结光伏探测器结光伏探测器光导工作光导工作模式模式 光电二极管光电二极管 常见的光电二极管有：常见的光电二极管
3、有：Si 光电二光电二极管，极管，PIN光电二极管光电二极管,雪崩光电二极雪崩光电二极管（管（APD）肖特基势垒光电二极管等。）肖特基势垒光电二极管等。1、Si光电二极管光电二极管（1）结构原理）结构原理 Si光电二极管有两种：光电二极管有两种：采用采用N型单晶硅和扩散工艺获得型单晶硅和扩散工艺获得p+n结构硅结构硅光电二极管光电二极管(2CU)；采用采用P型单晶硅和磷扩散工艺获得型单晶硅和磷扩散工艺获得n+p结构结构硅光电二极管（硅光电二极管（2DU）。一律采用反偏。一律采用反偏。p+n结构硅光电二极管结构硅光电二极管(2CU)n+p结构硅光电二极管（结构硅光电二极管（2DU）：）：光敏区外
4、侧有保护环（光敏区外侧有保护环（n+环区），其目的是环区），其目的是表面层漏电流，使暗电流明显减少。其有三根引表面层漏电流，使暗电流明显减少。其有三根引出线，出线，n侧的电极称为前极，侧的电极称为前极，n侧的电极称为后侧的电极称为后极，环极接电源偏置正极，也可断开，空着。极，环极接电源偏置正极，也可断开，空着。（2）光谱响应特性和光电灵敏度）光谱响应特性和光电灵敏度（3）伏安特性）伏安特性（V/RV为直流负载线）为直流负载线）（4）频率响应特性）频率响应特性 频率特性好频率特性好,适宜于快速变化的光信号探测。适宜于快速变化的光信号探测。光电二极管的频率特性响应主要由三个因光电二极管的频率特性响
5、应主要由三个因素决定：素决定：(a)光生载流子在耗尽层附近的扩散光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；时间；(b)光生载流子在耗尽层内的漂移时间；光生载流子在耗尽层内的漂移时间；(c)与负载电阻与负载电阻RL并联的结电容并联的结电容Ci所决定的电所决定的电路时间常数。路时间常数。2.PIN硅光电二极管硅光电二极管 要改善硅光电二极管的频率特性，要改善硅光电二极管的频率特性，由前面分析可知：应设法减小载流子由前面分析可知：应设法减小载流子的扩散时间和结电容。的扩散时间和结电容。PIN硅光电二极管就是在硅光电二极管就是在P区和区和N区之间加上一本征层（区之间加上一本征层（I层）光电二层）光电二极管。极
6、管。本征层的电阻率很高，反偏电场主要集中本征层的电阻率很高，反偏电场主要集中在这一区域。高电阻使暗电流明显减少，在在这一区域。高电阻使暗电流明显减少，在这里产生的光生电子这里产生的光生电子-空穴对将立即被电场分空穴对将立即被电场分离，并作快速漂移运动。离，并作快速漂移运动。本征层的引入，明显增大了本征层的引入，明显增大了p+区的耗尽层的区的耗尽层的厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。耗尽厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。耗尽层的加宽，也可以明显减少结电容层的加宽，也可以明显减少结电容Cj,从尔使电从尔使电路常数减小。同时耗尽加宽还有利于对长波区路常数减小。同时耗尽加宽还有利于对长波区的吸收。
7、的吸收。性能良好的性能良好的PIN光电二极管，扩散和漂移时间光电二极管，扩散和漂移时间一般在一般在10-10 s数量级，频率响应在钱兆赫兹。实数量级，频率响应在钱兆赫兹。实际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素是电路的时间常数。合理选择负载电阻是一个很是电路的时间常数。合理选择负载电阻是一个很重要的问题。重要的问题。PIN光电二极管在光通信、光雷达和快速光电二极管在光通信、光雷达和快速光电自动控制领域有着广泛的应用。光电自动控制领域有着广泛的应用。3.雪崩光电二极管（雪崩光电二极管（APD）基于载流子雪崩效应，从而提供电流内增基于载流子雪崩效应，从
8、而提供电流内增益的光电二极管称为雪崩二极管。益的光电二极管称为雪崩二极管。常见的雪崩光电二极管有：常见的雪崩光电二极管有：Ge-ADP和和Si-ADP两种光电二极管。两种光电二极管。Ge-ADP的管芯的管芯是采用是采用p+n结构，在结构，在N型型Ge单晶体衬底单晶体衬底上扩散上扩散Zn作成保护作成保护环，注入环，注入B+离子形离子形成成p+层。层。Si-ADP的管芯是采用的管芯是采用n+pp+结构，在结构，在晶向的晶向的/p+外延片作衬底，通过注入外延片作衬底，通过注入B+离子形成离子形成p层，而后浅扩散构成层，而后浅扩散构成n+层层工作原理：进入耗尽区的光生电子被雪崩电场加速，工作原理：进入
9、耗尽区的光生电子被雪崩电场加速，获得很高的能量，在获得很高的能量，在A处与晶格上的原子发生冲击处与晶格上的原子发生冲击碰撞使原子电离，产生新的电子碰撞使原子电离，产生新的电子-空穴对，新的空穴空穴对，新的空穴又被雪崩电场反向加速，获得更高的动能，在途中又被雪崩电场反向加速，获得更高的动能，在途中E处再次与晶格上的原子发生冲击碰撞使原子电离，处再次与晶格上的原子发生冲击碰撞使原子电离，产生又一个新的电子产生又一个新的电子-空穴对空穴对.，上述过程反复，上述过程反复进行，使进行，使pn结的电流急剧增大，形成雪崩效应。结的电流急剧增大，形成雪崩效应。雪崩光电二极管在光通信，激光测雪崩光电二极管在光通
10、信，激光测距和光纤传感技术中有广泛的应用。距和光纤传感技术中有广泛的应用。雪崩光电二极管具有内增益，可以雪崩光电二极管具有内增益，可以降低对前置放大器的要求。降低对前置放大器的要求。4.光电三极管光电三极管 四、光热探测器四、光热探测器 1.热敏电阻热敏电阻 热热敏敏电电阻阻由由Mn、Ni、Co、Cu氧氧化化物物，或或Ge、Si、InSb等等半半导导体体材材料料做做成成的的电电阻阻器器，其其阻阻值值随随温温度而变化。电阻随温度变化的规律：度而变化。电阻随温度变化的规律：称为热敏电阻的温度系数称为热敏电阻的温度系数,称为正温度系数称为正温度系数,称为负温度系数。称为负温度系数。2.热释电探测器热
11、释电探测器 利利用用热热释释电电效效应应制制成成的的探探测测器器称称为为热热释释电电探测器。探测器。常常用用热热释释电电材材料料：硫硫酸酸三三月月甘甘肽肽（TGS）、铌铌酸酸锶锶钡钡（SBN）、钽钽酸酸锂锂（LT）、钛钛酸酸铅铅陶瓷（陶瓷（PT）、钛酸锆酸铅陶瓷（）、钛酸锆酸铅陶瓷（PZT）等。）等。SBN在大气中性能稳定，热电系数大，响在大气中性能稳定，热电系数大，响应速度快（应速度快（1ns）。在光通信，雷达技术中）。在光通信，雷达技术中有使用前途。有使用前途。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢