工作总结实验报告 / / 光电池/光敏电阻/光电二极管特性参数的测量指导人：朱小姐实验类型：工作检验及年终总结实验地点：搏盛科技光电子半导体实验室实验目的：销售技能的考察，产品及相关知识的了解情况，年终总结实验日期：2011 年 12 月 26 日姓名：陈帅职位：销售工程师手机号：159******** Email: chenshuaisz1688@ 概述光电效应是指入射光子与探测器材料中的束缚电子发生相互作用，使束缚电子变成为自由电子的效应。光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。入射光子引起探测器材料表面发射电子的效应称为外光电效应。入射光子激发的载流子（电子或空穴）仍保留在材料内部的效应称为内光电效应。内光电效应器件有光电导探测器（例如光敏电阻）、光生伏特器件（光电池、光电二极管、光电三极管）。实验内容测量三种内光电效应器件（光敏电阻、光电池、光电二极管）的特性参数。注意事项 a 做实验请关灯，以达到良好的测量效果。 b 拆卸数据线时不要用力硬拽，拆不下来请转个角度拆。 c 请在自己的实验桌上做实验，不要到别的实验桌旁干扰同事做实验，更不要动他人的仪器。 d 请勿触摸光学镜片的表面。 e 测量时不要碰导线，否则数据不稳定。更不能用力拉扯导线，导致接头脱落。 f 实验完毕关闭所有电源开关。实验报告报告开头请填入姓名、职位、手机号、实验日期。实验完成后，请将报告打印出来，在有实验数据、图表的页脚签名，然后交到朱小姐办公桌上。 Word 文件请以“实验报告+姓名”命名，发到朱小姐邮箱。请在元旦节前完成。签名: 第 1页
光敏电阻的特性曲线测量一. 目的要求测量 CdS（硫化镉）光敏电阻的伏安特性和光照特性。实验要求达到： 1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线 2、绘制出光照特性曲线 3、理解光敏电阻的光电特性二. 实验原理某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。光敏电阻是基于光电导效应工作的元件。光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。由于光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，只要把它当作电阻值随光照度而变化的可变电阻器对待即可，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。因此光敏电阻在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导、激光外差
探测等领域中获得了十分广泛的应用。如图，光功率为 P 的光照射到光敏电，则光敏层单位时间所吸收：阻上，假设光全部被吸收的光量子数密度 N 应为 N = P hνbdl （1）光敏层每秒产生的电子数密度 Ge 为：G e = ηN （2）η为有效量子效率，表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为：η = 单位时间内光电转换产生的有效电子空穴对数单位时间内入射光量子数（3）理想情况下，入射一个光量子产生一对电子空穴，η=1。实际上，η <1。光敏层内电子总产生率应为热电子产生率 Gt 与光电子产生率 Ge 之和：G e + Gt = ηN + rt （4）在热平衡状态下，半导体的热电子产生率 Gt 与热电子复合率 rt 相平衡。导带中的电子与价带中的空穴的总复合率 R 应为：R = K f (∆n + ni (∆p + p i （5）式中，Kf 为载流子的复合几率，Δn 为导带中的光生电子浓度，Δp 为导带中的光生空穴浓度，ni 与 pi 分别为热激发电子与空穴的浓度。同样，热电子复合率与导带内热电子浓度 ni 及价带内空穴浓度 pi 的乘积成正比。即签名: 第 2页
rt = K f ni p i （6）在热平衡状态载流子的产生率应与复合率相等。即ηN + K f ni pi = K f (∆n + ni ( ∆p + pi （7）在非平衡状态下，载流子的时间变化率应等于载流子的总产生率与总复合率的差：d∆n = ηN + K f ni pi − K f (∆n + ni (∆p + pi = ηN − K f (∆n∆p + ∆pni + ∆npi （8） dt 下面分为弱光与强光照射两种情况讨论式（8）：①在弱光照射下光生载流子浓度Δn 远小于热激发电子浓度 ni，光生空穴浓度Δp 远小于热激发空穴的浓度 pi，并考虑到本征吸收的特点，Δn=Δp，式（8）可简化为d∆n = ηN − K f ∆n(ni + pi dt （9）−t 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得：∆n = ητN (1 − e 式中τ=1/Kf(ni+pi，称为载流子的平均寿命。τ （10）由式（10）可见，光激发载流子浓度随时间按指数规律上升，当t >>τ时，载流子浓度Δ n 达到稳态值Δn0，即达到动态平衡状态：∆n 0 = ητN （11）（12）光激发载流子引起半导体电导率的变化为：∆σ = ∆n0qµ = ητqµN 式中，μ为电子迁移率μn 与空穴迁移率μp 之和。光敏电阻受光照后阻值会变小也可以这么定性理解：当内光电效应发生时，固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。这样材料中的载流子数目增加，材料的电导率也就增加。当光敏电阻两端加上电压 U 后，光电流为： I ph = A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。A ∆σ U d （13）由式（12）与式（13）可知：在一定
照度下，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，伏安特性曲线符合欧姆定律。光敏电阻具有与普通电阻相似的伏安特性，但它的电阻值是随入射光照度变化的。可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过它的电流的关系曲
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线，即光敏电阻的伏安特性曲线，伏安特性曲线过零点，其斜率为某光照度下的电阻值。图 1 不同光照下光敏电阻的伏安特性曲线弱光照射下半导体材料的光电导 g 为：g = ∆σ bd ητqµbd ητqµ = N = P l l hνl 2 （14）可以看出，弱光照下的半导体材料的电导与光功率 P 成线性关系。光照度越大，电导越大，电阻的阻值越小。将式（14）两边微分得：dg = ηqτµ dP hνl 2 （15）由此可得半导体材料在弱光照射下的光电导灵敏度：S g = d g ηqτµλ = dP hcl 2 （16）可见，在弱光照射下的半导体材料的光电导灵敏度与光电导材料两电极间的长度 l 的平方成反比，
为与材料性质有关的常数。电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流与光通量之间的关系称为光照特性。光敏电阻阻值随光照的增加而减小。当照度很低时，光敏电阻的光照特性近似为线性关系，斜率大致相同。随光照度的增高，光照特性从线性渐变到非线性。当照度变得很高时，曲线近似为抛物线性。图 2 光敏电阻的光照特性曲线签名: 第 4页
②在强光照射下Δn>>ni，Δp>>pi，式（8）可以简化为：d∆n = ηN e,λ − K f ∆n 2 dt ⎞ 2 t ⎟ tanh ⎟ τ ⎠ 1 （17）⎛ηN 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得：∆n = ⎜ e,λ ⎜ K ⎝ f 白色 LED 光源准直透镜起偏器P1 （18）式中τ = 1 起偏器P2 聚焦透镜光敏元件转盘ηK f N e,λ 为强光照作用下载流子的平均寿命。在强光照情况下，半导体材料的光电导与光功率为抛物线关系：⎛ηbd ⎞⎟ g = qµ⎜⎜hνK l 3 ⎟ P f ⎝⎠两边微分得： dg = 1 2 1 2 数字检流计（19） 1 ⎛ ηbd ⎞⎟ P dP qµ⎜ 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟⎝⎠ 1 2 LM07电器箱1 − 2 （20） 1 2 半导体材料在强光照射下的光电导灵敏： S g 1 dg 1 ⎛ ηbd ⎞ − 2 ⎟ P = = qµ⎜ dP 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟⎝⎠（21）在强光照射下半导体材料的光电导灵敏度不仅与材料的性质有关而且与光照度有关，是非线性的。从图 2 可以看出，光照度越高，光电导灵敏度越低。三. 实验装置仪器设备主要有：导轨、光具座、LED 光源、CdS 光敏电阻、电源箱、
