第七章光伏探測(cè)器詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共50頁(yè)。優(yōu)選第七章光伏探測(cè)器當(dāng)前2頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)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(shì)壘：金屬和半導(dǎo)體內(nèi)在電場(chǎng)：光→半導(dǎo)體→電子空穴對(duì)運(yùn)動(dòng)→積聚→電位差情況2：均勻半導(dǎo)體體積光生伏特效應(yīng)，沒(méi)有內(nèi)電場(chǎng)。光→半導(dǎo)體的一部分→電子空穴對(duì)→濃度不同→擴(kuò)散→擴(kuò)散速度不同→電荷分開(kāi)→光生電伏（丹信效應(yīng)）電子空穴對(duì)兩種電荷分開(kāi)→（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)當(dāng)前3頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器一、由勢(shì)壘效應(yīng)產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)圖5-1(a)勢(shì)壘形成圖(b)能級(jí)圖當(dāng)光照時(shí)，在p，n和勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生光生載流子。P中電子，N中空穴，只要擴(kuò)散長(zhǎng)度大于到阻擋層距離，成為少子在電場(chǎng)中加速到對(duì)方→降低了阻擋層的勢(shì)壘→有外電路→電流流過(guò)。當(dāng)前4頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器公式推導(dǎo)：經(jīng)5.1-1-5:pn結(jié)反向飽和電流（pn結(jié)的伏安特性）

:光生電流：和入射單色輻射的功率P有關(guān)系:(由量子效率的定義）pn結(jié)伏安特性在V=0處的動(dòng)態(tài)電阻：電壓響應(yīng)率:當(dāng)前5頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器二、由光生載流子濃度梯度引起的光生伏特效應(yīng)對(duì)于均勻的半導(dǎo)體：光→半導(dǎo)體:表面:濃度高體內(nèi):濃度低載流子沿光照方向體內(nèi)擴(kuò)散：一般：電流方向和光照方向相反→形成光生電場(chǎng)→少子的漂移運(yùn)動(dòng)總電流密度：當(dāng)前6頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器平衡時(shí)：此時(shí)5.1-14式=0于是：積分：結(jié)論：和成正比，只有時(shí)才可以產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。②小信號(hào)時(shí)：大信號(hào)時(shí)：③均勻半導(dǎo)體放于磁場(chǎng)中，將會(huì)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：當(dāng)前7頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器

圖5-3用途：⑴測(cè)量載流子的壽命⑵用作紅外探測(cè)器⑶需要大磁鐵⑷在相當(dāng)大的光強(qiáng)度范圍內(nèi)，開(kāi)路電壓和光強(qiáng)度成正比當(dāng)前8頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)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(guò)它的電流Ip的伏安特性：光照時(shí)光電流：流過(guò)p-n結(jié)外回路的總電流I：分析：見(jiàn)圖5-4當(dāng)前9頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器情況1：第一象限：p-n結(jié)加正偏壓。此時(shí)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。當(dāng)前10頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)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(cè)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(wú)關(guān)，這與光電導(dǎo)探測(cè)器是不同的?！?-2光伏探測(cè)器的性能參數(shù)當(dāng)前11頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器二、噪聲光伏探測(cè)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當(dāng)前12頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器1.無(wú)光照時(shí)2.有光照時(shí)流過(guò)p-n結(jié)的電流有。總的噪聲電流均方值為有弱光照射時(shí)，有則當(dāng)光伏探測(cè)器工作于負(fù)偏壓時(shí)，，則當(dāng)前13頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器引入無(wú)光照時(shí)零偏電阻其定義為或器件的零偏電阻越大，暗電流越小，對(duì)散粒噪聲貢獻(xiàn)也越小當(dāng)前14頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器考慮到實(shí)際探測(cè)器系統(tǒng)中負(fù)載電阻對(duì)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)載電阻的熱噪聲當(dāng)前15頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器三、比探測(cè)率（1）零偏壓工作時(shí)（2）反偏壓工作時(shí)當(dāng)前16頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器四、光譜特性當(dāng)前17頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器五、頻率響應(yīng)及響應(yīng)時(shí)間光伏探測(cè)器的頻率響應(yīng)主要由三個(gè)因素決定：1.擴(kuò)散時(shí)間2.耗盡層中的漂移時(shí)間3.結(jié)電容的影響當(dāng)前18頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器光伏探測(cè)器總的響應(yīng)時(shí)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(jiàn)輸出電壓隨著頻率增高而下降，當(dāng)時(shí)，電壓幅值下降為最大值的0.707，此時(shí)對(duì)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(cè)器一樣，其相應(yīng)的可表示為當(dāng)前19頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器六、溫度特性當(dāng)前20頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器§5-3光電池與光電二極管一、光電池當(dāng)前21頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器1.光電池的結(jié)構(gòu)當(dāng)前22頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器2.光電池的特性參數(shù)（1）光照特性當(dāng)前23頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)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(shí)，得到開(kāi)路電壓當(dāng)V=0時(shí)，得到短路電流從開(kāi)路電壓公式看來(lái)由于。故，因而當(dāng)前24頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前25頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前26頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前27頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器（2）光譜特性當(dāng)前28頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器（3）溫度特性當(dāng)前29頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器（4）頻率特性當(dāng)前30頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器3.光電池的應(yīng)用①作為光電探測(cè)器件②將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔墚?dāng)前31頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器二、光電二極管1.p-n結(jié)光電二極管（1）硅光電二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)前32頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前33頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前34頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器（2）伏安特性當(dāng)前35頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前36頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器2.PIN光電二極管當(dāng)前37頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前38頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器3.雪崩光電二極管（APD）（1）工作原理——雪崩效應(yīng)當(dāng)前39頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器（2）雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)當(dāng)前40頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前41頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在外加電壓V略低于擊穿電壓時(shí)，也會(huì)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，只是倍增系數(shù)稍小

當(dāng)前42頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器②雪崩光電二極管的噪聲由雪崩過(guò)程引起的散粒噪聲為式中k與雪崩光電二極管材料有關(guān)。對(duì)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當(dāng)前43頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器當(dāng)前44頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器③響應(yīng)時(shí)間由于雪崩光電二極管工作時(shí)所加的反向偏壓高，光生載流子在結(jié)區(qū)的渡越時(shí)間短，結(jié)電容只有幾個(gè)皮法，甚至更小，所以雪崩光電二極管的響應(yīng)時(shí)間一般只有0.5～1ns，相應(yīng)的響應(yīng)頻率可達(dá)幾十吉赫（GHz）當(dāng)前45頁(yè)，總共50頁(yè)。第五章光伏探測(cè)器§5-4光電三極管及其它光伏探測(cè)器1.結(jié)構(gòu)與工作原理當(dāng)前46頁(yè)，總共50頁(yè)