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3-3半导体光电检测器件

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光电检测器工作原理

光电检测器工作原理

光电检测器工作原理光电检测器是一种将光信号转换为电信号的装置。

其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 光信号入射：光线经过透镜等光学元件聚焦成束，射向光电检测器的光敏元件。

2. 光敏元件吸收光能：光敏元件通常使用半导体材料，如硅、锗及化合物半导体等。

光敏元件能够吸收入射光的能量，使其内部的电子被激发。

3. 电子运动：激发后的电子受到电场的作用，开始在光敏元件中运动。

一部分电子通过电流传输到输出电路中。

4. 电荷生成：当光敏元件中的电子受到光照时，会产生一些正电荷不断积累，形成电荷对。

一部分电子-空穴对会在光敏元件中一直保持平衡，这样就形成了一个光生载流子。

5. 转化为电信号：通过连接在光敏元件上的电路，将电荷对转化为电信号。

这个电信号能够被检测器所连接的仪器或设备所读取和处理。

总结来说，光电检测器的工作原理就是利用光敏元件吸收光能，并将其转化为电信号。

这种转化过程是通过光生载流子的产生和电子运动来实现的。

光电检测器的性能主要由光敏元件的材料和结构决定。

不同的光电检测器根据其材料和结构的不同，可以实现不同波段的光信号检测。

当光线入射到光敏元件上时，光子的能量被转化为电子的激发能量。

这种转化过程产生了一个光生电子空穴对。

接下来，这些电子和空穴会被电场分开，形成电流。

光电检测器通常有不同的工作模式，包括光电导模式、光电二极管模式、光电倍增管模式和光电子倍增管模式等。

以下是一些光电检测器的工作原理：1. 光电二极管（Photodiode）：光电二极管是一种PN结构的半导体器件。

当光照射到PN结上时，光子的能量被转化为电子的能量，并通过PN结的电场将电子和空穴分开，形成电流。

2. 光电导（Photoconductor）：光电导使用光敏物质，如硒化铟（InSe）或硒化铟镉（InCdSe）等。

当光照射到光电导上时，光子的能量使光电导的电阻发生变化，从而产生电流。

3. 光电子倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）：光电子倍增管由光电阴极和多个倍增极组成。

半导体光电探测器的发展与应用

半导体光电探测器的发展与应用

半导体光电探测器的发展与应用半导体光电探测器是一种基于半导体材料和光电效应原理构造而成的器件，可以将光信号转化成电信号。

由于其高灵敏度、高速响应和稳定性等优良特性，被广泛应用于光通信、光学成像、环境监测、医学诊断等领域。

本文将围绕半导体光电探测器的发展历程、结构及原理、现状和应用等方面展开论述。

一、发展历程半导体光电探测器的发展可以追溯到20世纪20年代，当时光电效应和半导体性质的研究取得了突破性进展。

到了20世纪50年代，半导体光电探测器开始得到广泛的关注和研究。

1960年代出现的PN结光电二极管，成为第一代光电探测器。

1980年代中期，出现了速度较快、灵敏度更高的探测器，如PIN结光电二极管、Avalanche光电探测器等。

1990年代中期以后，半导体光电探测器的研究重点开始向复杂结构和新型材料的探索转移。

目前，半导体光电探测器已经成为了光电信息处理、物理学研究和制造业等领域的重要技术。

二、结构及原理半导体光电探测器的结构基本上都是由多层P型半导体、N型半导体和Intrinsic半导体组成。

其中，P型半导体和N型半导体通过PN结连接。

当光子入射到PN结上时，会激发出电子，从而改变了PN结的电流和电压差。

Intrinsic半导体通常会被用作增加载流子储存的区域。

半导体光电探测器的工作原理是通过光电效应将光子转化成电子，从而改变器件的电学性质。

光电效应是指当光子入射到半导体材料上时，会激发出电子，从而产生电位能差。

当光照射到器件上时，产生的载流子将被探测电路收集。

三、现状目前，半导体光电探测器的技术发展已经较为成熟。

在高速通信领域，APD、PIN-TIA等探测器被广泛应用于数字光纤通信和模拟光纤通信等领域。

在太空探测领域，半导体光电探测器被用于搜集天体的光与辐射等信息。

此外，半导体光电探测器还应用于光学成像、环境监测、医学诊断等领域。

随着科技的不断进步，半导体光电探测器的应用前景将更广阔。

四、应用半导体光电探测器的广泛应用主要体现在以下几个方面：1.光通信半导体光电探测器在光通信中起着至关重要的作用。

光电导器件

光电导器件
金属电极
入射光
光电导材料
Ip Ubb
I
两种类型光敏电阻能带图
本征吸收
要发生本征吸收,光子能量必须大于 材料禁带宽度,即 hv≥Eg或hc/λ≥Eg本 征吸收在长波方向必存在一个界限 λo=h×c/Eg=1.24/Eg(μm) h----普朗克常数为 6.62*10-34JS c----光在真空中的传播速3*108m/s
光敏电阻响应特性曲线
光敏电阻采用交变光照时，其输出将随入 光敏电阻采用交变光照时， 射光频率的增加而减小。 射光频率的增加而减小。
几种光敏电阻的频率特性曲线 1-硒化镉 2-硫化镉 3-硫化铊 4-硫化铅 硒化镉 硫化镉 硫化铊 硫化铅
9、噪声特性 、
光敏电阻的固有噪声主要有三种：热噪 声、产生－复合噪声及 1/f 噪声。
4.7nF
150kΩ
C4
VDW
6V
820kΩ PbS
R3
1kΩ
32kΩ
光敏电阻的电极常采用梳状图案， 光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的 电极常采用梳状图案 掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。 掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。
光电导材料的两侧为金属导 电材料， 电材料，并在其上设置电极
为什么采用以上结构？ 为什么采用以上结构？ 减小光敏电阻两极间的距离可以大大提高增益； 减小光敏电阻两极间的距离可以大大提高增益； 光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这 光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这 蛇形 梳状 样即可以保证有较大的受光表面， 样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小 电极之间距离，从而可减小极间电子渡越时间， 电极之间距离，从而可减小极间电子渡越时间， 有利于提高灵敏度。 有利于提高灵敏度。

南理工光电检测技术课程光电检测器件

南理工光电检测技术课程光电检测器件
g gL gd I光＝IL Id
优点：灵敏度高，工作电流大（达数毫安） ， 光谱响应范围宽，所测光强范围宽，，无极性之分。
缺点：响应时间长，频率特性差，强光线性差， 受温度影响大。
主要用于红外的弱光探测与开关控制。
路灯自动点熄原理图如图所示，分析它的工作原理。
二、光电池
★它是利用光生伏特效应制成的将光能转换成电能的 器件。它是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电 能P-N结光电器件。
3、优缺点
优点：光电阴极面积大，灵敏度较高；暗电流小，最低 可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。
缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百 伏到数百伏、玻壳容易破碎等。目前已基本被固体光电器 件所代替。
建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上 的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件。
金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★金属吸收效率很低 ； ★金属中光电子逸出深度很浅，只有几纳米； ★金属逸出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难 产生光电发射，量子效率低；
半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★光吸收系数比金属大； ★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金
光电检测光电池具有光敏面积大，频率响应高，光电流随 照度线性变化。
太阳能光电池耐辐射，转换效率高，成本低，体积小，结 构简单、重量轻、可靠性高、寿命长，在空间能直接利用太 阳能转换成电能的特点。
I
U RL
Ip Ij
I
U RL
符号 连接电路
等效电路
三、光敏二极管
与普通二极管相比:
共同点：一个PN结，单向导电性 不同点：
第二章、光电检测器件

光电检测技术(第五章 光电成像检测器件)

光电检测技术(第五章 光电成像检测器件)

光电成像器件
1、图像的分割与扫描 图像分割的目的是分割后的电气图像经过扫描才能 输出一维时序信号。 分割的方法：超正析像管利用扫描光电阴极分割像 素、摄像管由电阻海颗粒分割、面阵CCD和CMOS图像传 感器用光敏单元分割。 扫描的方式：与图像传感器的性质有关。真空摄像 管采用电子束扫描方式输出一维时序信号。 具有自扫描功能的：面阵CCD采用转移脉冲方式将电 荷包顺序转移出器件；CMOS图像传感器采用顺序开同行、 列开关的方式完成信号输出。
传送
同步扫描
视频解调
图像再现
显像部分
光电成像系统原理方框图
光电成像器件
在外界照明光照射下或自身发光的景物经成像物镜 成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像。光 电成像器件完成将二维光学图像转变成二维“电气”图 像的工作。这里的二维电气图像由所用的光电成像器件 决定，超正析像管为电子图像，视像管为电阻图像或电 势图像，面阵CCD为电荷图像等。电气图像的电气量在 二维空间的分布与光学图像的光强分布保持着线性对应 关系。组成一幅图像的最小单元称作像素，像素单元的 大小或一幅图像所含像素数决定了图像的清晰度。像素 数愈多，或像素几何尺寸愈小，反映图像的细节愈强， 图份愈清晰，图像质量愈高。这就是图像的分割。
光 电 成 像 器 件 （ 成 像 原 理 ）
固体自扫描：CCD 红外变像管 变像管（完成 紫外变像管 图像光谱变换） X射线变像管 非 扫 描 型 串联式 级联式 微通道板式 负电子亲和势阴极
像增强管（图像 强度的变换）
构子常 成透由 镜像 ＆敏 显面 像， 面电
光电成像器件
三、光电成像器件的基本特征 1、光谱响应 光电成像器件的光谱响应取决于光电转换材料的 光谱响应，其短波限有时受窗口材料吸收特性影响。 外光电效应摄像管由光阴极材料决定； 内光电效应的视像管由靶材料决定，CCD摄像器件 由硅材料决定； 热释电摄像管基于材料的热释电效应，它的光谱 响应特性近似直线。

光电探测器 (2)

光电探测器 (2)

４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测 器对入射光响应快慢的一个参数（如
图）。
– 上升时间：入射光照射到光电探测器后，光
电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。
– 下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出
下降到稳定值所需要的时间。
５．频率响应：光电探测器的响应随入射光 的调制频率而变化的特性称为频率响应．
• 对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子，
=1
• 实际上， <1
• 量子效率是一个ຫໍສະໝຸດ 观参数，量子效率愈高愈好。量子效率与响应度的关系
I /q S ( ) ( ) h P / h q
I/q ： 每秒产生的光子数
P/hυ：每秒入射的光子数
五、工作温度
• 工作温度就是指光电探测器最佳工作状态 时的温度。 • 光电探测器在不同温度下，性能有变化。
（ U A qUA n n p p） Ip L L
２．光敏电阻的工作特性
• 光电特性 • 伏安特性 • 时间响应和频率特性 • 温度特性
光敏电阻的光电特性
• 光电特性：光电流与入射光照度的关系：
I光 SgE U
: 照度指数(一般0.5 1)，Sg : 光电导灵敏度， :电压指数(欧姆接触为1，非欧姆接触1.1 ~ 1.2)，U：外
1 fc 2 2 RC S0 S0 S( f ) 0.707 S0 2 1/ 2 [1 (1) ] 2
f c ：上限截止频率
时间常数决定了光电探测器频率响应的带宽
1
返回
二、噪声特性
• 在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号 并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏， 它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象。

光敏电阻


符号
3 典型光敏电阻
CdS光敏电阻
CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻，它的光谱响应
特性最接近人眼光谱光视效率，它在可见光波段范围内 照相机的自动测光等。 CdS光敏电阻的峰值响应波长为0.52μ m，CdSe光 敏电阻为0.72μ m，一般调整S和Se的比例，可使Cd（S， Se）光敏电阻的峰值响应波长大致控制在0.52~0.72μ m 范围内。
光电检测器件
四、应用 各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动 报警电路），家用电器及各种测量仪器中（电视机中 的亮度自动调节、照相机中的自动曝光控制等）。
• 基本功能：
根据自然 光的情况 决定是否 开灯。
照明灯的光电控制电路
测光与控制
VD
R
CdS
灯
~220V
C K
常闭
半波整流
执行控制
• 照相机电子快门
1000lx 100lx 10lx T
温度特性与光电导材料有密切的关系 光敏电阻的相对光电导率随温度升高而下 降，在温度变化大的情况下应采取制冷措施。 降低或控制光敏电阻的工作温度是提高 光敏电阻工作稳定性的有效办法，尤其是对红 外辐射的领域。
7、时间＆频率响应
相 对 输 出
硫化铅 硫化镉 硒
时间常数大，上 限频率低
I光 S比＝ U
3、光电特性
I 光＝AU
式中A为光敏材料决定的常数；U为电源电压； 为入射光通量 为0.5~1之间的系数。
弱光照，线性光电导。
I光

=1

＝0.5
强光照，抛物线光电导。
E
4.光谱特性
光谱特性与光敏电阻的材料有关
相 80 对 灵 60 敏 40 度 20

半导体光电器件有哪些

半导体光电器件有哪些
半导体光电器件
半导体光电器件是指把光和电这两种物理量联系起来，使光和电互相转化的新型半导体器件。

即利用半导体的光电效应（或热电效应）制成的器件。

光电器件主要有，利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。

这一节中简略地向大家介绍一下这些光电器件的工作原理。

半导体光电器件如光导管、光电池、光电二极管、光电晶体管等；半导体热电器件如热敏电阻、温差发电器和温差电致冷器等。

半导体光电器件有哪些
半导体发光器件是一种将电能转换成光能的器件。

它包括发光二极管、红外光源、半导体发光数字管等。

1、发光二极管
发光二极管的管芯也是一个PN结，并具有单向导电性。

PN结加上正向电压时，电子由N区渡越（扩散）到空间电荷区与空穴复合而释放出能量。

这些能量大部分以发光的形式出现，因此，可以直接将电能转换成光。

光电检测技术常用器件及应用


3、数字、文字以及图像显示
七段式数码管 14划字码管 文字显示器的内部接线
4、显示器
彩色大面积显示设备，如电子商标及大屏幕显示
LCD
LCD 液晶屏是 Liquid Crystal Display 的简称， LCD 的构造是在 两片平行的玻璃 当中放置液态的 晶体，两片玻璃 中间有许多垂直 和水平的细小电 线，透过通电与 否来控制杆状水 晶分子改变方向， 将光线折射出来 产生画面。
发光二极管的发光机理
发光二极管 （即LED）是一种 注入电致发光器件， 它由P型和 N型半 导体组合而成。其 发光机理常分为PN 结注入发光与异质 结注入发光两种。
1. PN结注入发光
1、制作半导体发光二极管的材料是掺杂的，热平 衡状态下的N区很多自由电子，P区有很多多空穴。 2、当加以正向电压时，N区导带中的电子可越过PN 结的势垒进入P区。P区的空穴也向N区扩散 3、于是电子与空穴有机会相遇，复合发光。由于 空穴迁移率低于自由电子，则复合发光主要发生在 p区。 光的颜色（波长）决定于材料禁带宽度Eg，光的强 弱与电流有关
4. 寿命
发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮 度一半时所经历的时间。二极管的寿命一般都很 长，在电流密度小于lA/cm2时，一般可达106h， 最长可达109h。随着工作时间的加长，亮度下降 的现象叫老化。电流密度大，老化快。
LED特点
1、 LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角较大。 2、 LED的发光颜色丰富，通过选用不同的材料，可以实 现各种发光颜色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的红色 LED，GaAaP材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED 等。 3、LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即 使在日光下，由LED发出的光也能视认。 4、LED的单元体积小。再加上低电压、低电流驱动的特 点，可作为电子仪器设备、家用电器的指示灯、信号灯的 使用。 5、寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场 地面的信号光源，是一个新的应用领域。

光电检测器件的工作原理及特性

温度低时，自发极化强度大，晶体表面感应的电荷增加。 温度高时，自发极化强度小，晶体表面感应的电荷相应 的减少，相当于释放了一部分电荷。
热释电器件只能检测变化的温度。
思考：为什么热释电器件只能检测变化的温度？
相 变：
随着温度的逐渐升高，极化强度越来越弱，当温度达到一特定 温度之后，自发极化强度下降为零，即为极化晶体发生了相变。 极化晶体变为非极化晶体。产生相变的温度为居里温度。
2、辐射热计效应
辐射热计是利用入射辐射使敏感元件的温度提高后从而使电阻 随之改变而测出辐射的探测器。 材料电阻随温度的变化可用下式表示
材料的电阻温度系数
一般情况下： 金属材料的电阻温度系数与温度成反比，αT≈0.0033
αT=1/T
半导体材料的电阻温度系数与T2成反比
αT=-β/T2
辐射热计效应的应用：
探测原理
把冷端分开并与一个电流表连接，当光照熔接端(称为电偶接 头)时，熔接端（电偶接头）吸收光能使其温度升高，电流表 就有相应的电流读数，电流的数值就间接反映了光照能量的 大小。
实际中为了提高测量的灵敏度，常将若干个热电偶串联起来 使用，称为热电堆。它在激光能量计中获得较多应用。
温差电效应主要有三种形式：
黑球温度计：利用黑体吸收辐射热量最强的原理，用一个深 黑色的空心铜球和一支插在铜球中心的温度计构成。测定时 悬挂在测点，大约15分钟后可读出稳定读数。
3、温差电效应
当两种不同的配偶材料(金属或半导体)两端并联熔接时，如 果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温 差电动势，回路中就有电流流通。
4)、光子牵引效应
当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自 由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的 运动。结果，在开路的情况下，半导体样品将产生电场，它阻
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半导体吸收光子而产生的光电效应，只限 于光照的表面薄层，虽然产生的载流子 也有少数扩散到内部，但扩散深度有限 因此光电导体一般都做成薄层——
电极一般采用疏状图案。
由于在间距很近的电极之间有 可能采用大的灵敏面积，所以提高
了光敏电阻的灵敏度。
电极
引线
引线 光导电材料 光电导体
绝缘衬低
A
金属封装的硫化镉光敏电阻结构图
与下列因素有关： 结电容（小于20µ µ F) 和杂散电容 光生载流子在薄层中的扩散时间及PN 结中的漂移时间
要提高频率响应必须做到以下几点：
合理的结面积（小的结面积可使Cj减小， 但相同光照下，光电流也较小）； 尽可能大的耗尽层厚度； 适当加大使用电压； 减小结构所造成的分布电容。
第三节 半导体光电检测器件
光电导型光电器件：光敏电阻 光生伏型光电器件：光电池 光电二极管 光电三极管
一、光敏电阻
（一）光敏电阻的结构及工作原理
光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其 工作原理： 基于光电导效应，其阻值随光照增强而 减小。
当光照射到光电导体上时，若光电 导体为本征半导体材料，为实现能 级的跃迁，入射光的能量必须大于 光导体材料的禁带宽度Eg，即 hν≥Eg (eV) 式中ν和λ—入射光的频率和波长。 从而使光电导体电导率增加
0
E ( Lx)
2、输出电流与负载大小的关系 3、伏安特性 光电流与电压的关系
（四）应用
1、光电池用作太阳能电池 把光能直接转化成电能，需要最大 的输出功率和转化效率。即把受光面 做得较大，或把多个光电池作串、 并联组成电池组，与镍镉蓄电池配 合，可作为卫星、微波站等无输电线 路地区的电源供给。
（2）光照特性 下图表示CdS光敏电阻的光照特性：在 一定外加电压下，光敏电阻的光电流 和光通量之间的关系。光照特性曲线:
在弱光呈线性，在强光时呈非线性。
不足之处：不宜作定量检测元件， 一般在自动控制系统中用作：光电开关。
I/mA 5 4 3 2 1 0
1000
2000
L/lx
（3）增益G G=βτμU/L2 （4）灵敏度 (a) 光电导灵敏度 Sg=g/E=g· A/Φ 由欧姆定律，得 I=SgEU (b) 电阻灵敏度 SR=(Rd-R亮)/Rd＝ΔR/Rd (c) 比灵敏度 S比= SI/U =I光/（ Φ· U）
度，光电转换主要在耗尽层内，光电 流主要由漂移电流引起的。有很高的频 率响应。
（4）PIN型（2DUL型）光电二极管是
PIN管结构示意图
在P、N型之间加进了较厚的本征半导体I型层， 内电场基本上集中于I层上，PN结间距拉大，结 电容变小；提高响应速度；
由于耗尽层变宽，从而展宽了光电转 换的有效工作范围；
60 50 40 30 20 10 0 250 500 750 1000 1250
E
15V反向偏压时的光照特性曲线
（3）光谱特性 影响因素： 材料：禁带宽度 Eg 设计工艺：PN结深度及表面处理 （4）暗电流与噪声 在直流偏压下，暗电流是噪声的 主要来源
（5）频率特性
是半导体光电器件中最好的一种，
RG
连线电路图
亮电流IL ：光敏电阻在某一光照下的 阻值，称为该光照下的亮电阻。此时 流过的电流。
光电流I光：亮电流与暗电流之差。
光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越 小则性能越好。也就是说，暗电流越 小，光电流越大，这样的光敏电阻的 灵敏度越高。
实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚 至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下， 2 6 暗电阻与亮电阻之比在10 ～10 之间，可见 光敏电阻的灵敏度很高.
1
2
3
1——硫化镉 2——硒化镉 3——硫化铅
40
80
120
160
200
240
（6） 伏安特性 在一定照度下，加在光敏电阻两 端的电压与电流之间的关系称为伏安 特性。
λ/μm
图中曲线 1 、 2 分别表示照度为零及照度 为某值时的伏安特性。由曲线可知， 在给定偏压下 ,光照度较大，光电流也 越大。在一定的光照度下，所加的电 I/ μA 压越大，光电流越 大，而且无饱和现 200 象。但是电压不能 150 无限地增大，因为 100 任何光敏电阻都受 50 额定功率、最高工 0 20 40 作电压和额定电流 U/V
（4）按材料分类

（三）特性参数
1、光照特性
I sc (mA/ cm2 )
U oc
0 .4
U oc (V )
I SC I L SL 5
4
3
I sc
0 .3
0 .2
L为光亮度 (书P22)
2
U oc
kT SL ln q Is
1
0 .1 2000 4000 6000 8000 10000
增加了吸收层厚度，改善了对长波光
的吸收，提高了灵敏度，增大了长波
响应率。
（5）雪崩型光电二极管（APD）
APD 是具有内部倍增放大作用的光电二极管，
利用PN结势垒区的 高反向电压下强电场 作用
产生载流子的雪崩倍增而得到。
工作过程：
载流子在强电场作用下获得很大的动能，在高
速运动过程总与晶体的晶格碰撞，产生新的电
（5）光谱特性 光谱特性与光敏电阻的材料有关。从 图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的 光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值 在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值 在可见光区域。因此，在选用光敏电 阻时，应把光敏电阻的材料和光源的 种类结合起来考虑，才能获得满意的 效果。
100
相 80 对 60 灵 敏 40 度 20
子空穴对，称为碰撞电离过程。此过程多次重
复。反向电流也迅速增大形成雪崩倍增效应。
光敏三极管
I/%
100 80 60
40 20 0 10 102 103 104
硫化铅
硫化镉
f / Hz
（8）稳定性
曲线1、2分别表示两种型号CdS光敏电阻 的稳定性。初制成的光敏电阻，由于体内 机构工作不稳定，以及电阻体与其介质的 作用还没有达到平衡，所以性能是不够稳 定的。但在人为地加温、光照及加负载情 况下，经一至二周的老化，性能可达稳定。 光敏电阻在开始一段时间的老化过程中， 有些样品阻值上升，有些样品阻值下降，
的限制。超过最高工作电压和最大额定 电流，可能导致光敏电阻永久性损坏 （7）频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电 流要经过一段时间才能达到稳定值，而在 停止光照后，光电流也不立刻为零，这就 是光敏电阻的延时特性。由于不同材料的 光敏电阻延时特性不同，所以它们的频率 特性也不同，如图。
硫化铅的使用频 率比硫化镉高得 多，但多数光敏 电阻的延时都比 较大，所以，它 不能用在要求快 速响应的场合。
6、几种常见的光敏二极管 （1）肖特基结光敏二极管（金属与半导 体接触） 光敏面小，势垒电容小，响应快，但 工艺困难。 （2）扩散层PN结光敏二极管 耗尽层厚度小于结的任一边的扩散长 度，工作区是结两边的扩散区，光电流
主要由扩散流引起。
（3） 耗尽层型PN结光敏二极管 耗尽层厚度大于结的任一边的扩散长
1--光导层; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳;
1 2 3
4--电极; 7--电阻引线。 5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃;
4 5 6 7
RG
(c)符号 (b)电极 (a)结构 CdS光敏电阻的结构和符号
光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此 要将导光电导体严密封装在玻璃壳体中。 如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加 电压的作用下，用光照射就能改变电路中 电流的大小，其连线电路如下图所示。
入射光线
N P
电极()
电极()
（二）分类
（1）按基底材料分类
2DR（P型Si为基底）
2CR（N型Si为基底）
（2） 按结构分类
阵列式：分立的受光面 象限式：参数相同的独立光电池 硅蓝光电池：PN结距受光面很近
阵列式
象限式
（3）按用途分类
太阳能光电池：用作电源（效率高， 成本低） 测量用光电池：探测器件（线性、灵 敏度高等） 硅光电池：光谱响应宽，频率特性好 硒光电池：波谱峰值位于人眼视觉内 薄膜光电池：CdS 增强抗辐射能力 紫光电池：PN结 0.2~0.3 µ m， 短波峰值：600nm
I / μA
200 150
100 80 60 40 20
I/mA
+20 º C -20 º C
100
C -50 -30 -10 10 30 50 T/ º
0
Байду номын сангаас
1.0
2.0
3.0
4.0
λ/μm
（10）噪声 当工作频率f<1kHz时，主要为1/f 噪声。 当1kHz<f <1MHz时，主要为产生— 复 合噪声。 当f >=1MHz时，主要为热噪声。
2、光电池用作检测元件
利用其光敏面大，频率响应高，光 电流与照度线性变化，可制成： （1）光开关 （2）线性测量(如光电读数、光栅测量、 激光准直）等
三、光敏二极管
1. 与普通二极管相比
共同点：一个PN结，单向导电性 不同点： （1）受光面大，PN结面积更大，PN结深 度较浅 （2）表面有防反射的SiO2保护层 （3）外加负偏压
二、光电池
光电池是一种利用光生伏特效应制成的不
需加偏压就能将光能转化成电能的光电器 件。简单的说，其本质就是一个PN结。
h N
表示电子 表示空穴
P
EG
N
IL
RL
注意：
(1)PN结产生光生伏特的条件
与照射光的强度无关；