最新第七章.-光伏探測器.ppt課件.ppt

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1、第七章.-光伏探測器.第五章光伏探測器光電導(dǎo)探測器：主要依賴非平衡載流子中多子的產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動，弛豫時間較大。響應(yīng)速度慢，頻率響應(yīng)性能較差。4.主要用途：光度測量、光開關(guān)、報警系統(tǒng)、圖像識別、自動控制等n個方向?！?-1光生伏特響應(yīng)與光伏探測器的工作原理定義：光生伏特效應(yīng)：光照使不均勻半導(dǎo)體或均勻半導(dǎo)體中光生電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。第五章光伏探測器情況1：不均勻半導(dǎo)體PN結(jié)：同質(zhì)摻雜異質(zhì)結(jié)：不同質(zhì)的半導(dǎo)體肖特基勢壘：金屬和半導(dǎo)體內(nèi)在電場：光→半導(dǎo)體→電子空穴對運(yùn)動→積聚→電位差情況2：均勻半導(dǎo)體體積光生

2、伏特效應(yīng)，沒有內(nèi)電場。光→半導(dǎo)體的一部分→電子空穴對→濃度不同→擴(kuò)散→擴(kuò)散速度不同→電荷分開→光生電伏（丹信效應(yīng)）電子空穴對兩種電荷分開→（光磁電效應(yīng)）丹信效應(yīng)體積光生伏特效應(yīng)光磁電效應(yīng)第五章光伏探測器平衡時：此時5.1-14式=0于是：積分：結(jié)論：和成正比，只有時才可以產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。②小信號時：大信號時：③均勻半導(dǎo)體放于磁場中，將會產(chǎn)生空穴和電子分離，引起光磁電效應(yīng)。由此產(chǎn)生的光生載流子短路電流：第五章光伏探測器圖5-3用途：⑴測量載流子的壽命⑵用作紅外探測器⑶需要大磁鐵⑷在相當(dāng)大的光強(qiáng)度范圍內(nèi)，開路電壓和光強(qiáng)度

3、成正比第五章光伏探測器三、光照下理想p-n結(jié)方程及特性曲線由固體物理可知：p-n結(jié)上的電壓V和流過它的電流Ip的伏安特性：光照時光電流：流過p-n結(jié)外回路的總電流I：分析：見圖5-4第五章光伏探測器情況1：第一象限：p-n結(jié)加正偏壓。此時pn結(jié)的暗電流ID即是p-n結(jié)的正向電流，很大，大于光生電流，非工作區(qū)。第三象限：p-n結(jié)反偏。第五章光伏探測器一、響應(yīng)率在弱光照射情況下，上式可近似為將光電流代入得反向飽和電流為由此可知，光伏探測器的響應(yīng)率與器件的工作溫度T及少數(shù)載流子濃度和擴(kuò)散有關(guān)，而與器件的外偏壓無關(guān)，這與光電導(dǎo)

4、探測器是不同的?！?-2光伏探測器的性能參數(shù)第五章光伏探測器二、噪聲光伏探測器的噪聲主要包括器件中光生電流的散粒噪聲、暗電流噪聲和器件的熱噪聲，其均方噪聲電流為光電流和暗電流引起的散粒噪聲是主要的第五章光伏探測器1.無光照時2.有光照時流過p-n結(jié)的電流有?？偟脑肼曤娏骶街禐橛腥豕庹丈鋾r，有則當(dāng)光伏探測器工作于負(fù)偏壓時，，則第五章光伏探測器引入無光照時零偏電阻其定義為或器件的零偏電阻越大，暗電流越小，對散粒噪聲貢獻(xiàn)也越小第五章光伏探測器考慮到實際探測器系統(tǒng)中負(fù)載電阻對噪聲的貢獻(xiàn)，所以噪聲等效電路通常應(yīng)包含散粒噪聲和負(fù)

5、載電阻的熱噪聲第五章光伏探測器三、比探測率（1）零偏壓工作時（2）反偏壓工作時第五章光伏探測器四、光譜特性第五章光伏探測器五、頻率響應(yīng)及響應(yīng)時間光伏探測器的頻率響應(yīng)主要由三個因素決定：1.擴(kuò)散時間2.耗盡層中的漂移時間3.結(jié)電容的影響第五章光伏探測器光伏探測器總的響應(yīng)時間為由等效電路可求得負(fù)載電阻上的輸出電壓為相應(yīng)的電壓有效值為可見輸出電壓隨著頻率增高而下降，當(dāng)時，電壓幅值下降為最大值的0.707，此時對應(yīng)的頻率又稱為高頻截止頻率或3dB頻率，同光電導(dǎo)探測器一樣，其相應(yīng)的可表示為第五章光伏探測器六、溫度特性第五章光伏探

6、測器§5-3光電池與光電二極管一、光電池第五章光伏探測器1.光電池的結(jié)構(gòu)第五章光伏探測器2.光電池的特性參數(shù)（1）光照特性第五章光伏探測器上圖是光電池的等效電路。其伏安特性曲線方程為通常很小，可忽略，上式變?yōu)槠渲挟?dāng)I=0時，得到開路電壓當(dāng)V=0時，得到短路電流從開路電壓公式看來由于。故，因而第五章光伏探測器第五章光伏探測器第五章光伏探測器第五章光伏探測器（2）光譜特性第五章光伏探測器（3）溫度特性第五章光伏探測器（4）頻率特性第五章光伏探測器3.光電池的應(yīng)用①作為光電探測器件②將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谖逭鹿夥綔y器二、光電

7、二極管1.p-n結(jié)光電二極管（1）硅光電二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理第五章光伏探測器第五章光伏探測器第五章光伏探測器（2）伏安特性第五章光伏探測器第五章光伏探測器2.PIN光電二極管第五章光伏探測器第五章光伏探測器3.雪崩光電二極管（APD）（1）工作原理——雪崩效應(yīng)第五章光伏探測器（2）雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)第五章光伏探測器第五章光伏探測器（3）雪崩光電二極管的特性參數(shù)①倍增系數(shù)（雪崩增益）M實驗發(fā)現(xiàn)，在外加電壓V略低于擊穿電壓時，也會發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，只是倍增系數(shù)稍小第五章光伏探測器②雪崩光電二極管的噪聲由雪崩過程引起的散

8、粒噪聲為式中k與雪崩光電二極管材料有關(guān)。對于鍺管，k=3，硅管k為2.3～2.5上式又可改寫為式中考慮到負(fù)載電阻的熱噪聲，雪崩光電二極管的總噪聲電流均方值為第五章光伏探測器第五章光伏探測器③響應(yīng)時間由于雪崩光電二極管工作時所加的反向偏壓高，光生載流子在結(jié)區(qū)的渡越時間短，結(jié)電容只有幾個皮法，甚至更小，所以雪崩光電二極管的響應(yīng)時間一般