半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件

半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件第1頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏電阻與其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點(diǎn)：①光譜響應(yīng)范圍相當(dāng)寬，根據(jù)光電導(dǎo)材料的不同，光譜響應(yīng)范圍可從紫外、可見光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外。②工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。③所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，既可測(cè)強(qiáng)光。也可測(cè)弱光。④靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于一。⑤偏置電壓低，無極性之分。第2頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏電阻的不足之處是：在強(qiáng)光照射下光電轉(zhuǎn)換線性較差；光電弛豫過程較長(zhǎng)；頻率響應(yīng)很低。因此它的使用受到一定限制。光敏電阻的主要用途是：用于照相機(jī)、光度計(jì)、光電自動(dòng)控制、輻射測(cè)量、能量輻射物搜索和跟蹤、紅外熱成像和紅外通信方面作輻射接收元件。

第3頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1光敏電阻1、光敏電阻的工作原理最簡(jiǎn)單的光敏電阻原理回及其符號(hào)如圖所示。它是在均質(zhì)的光電導(dǎo)體兩端加上電極后構(gòu)成為光敏電阻，兩電極加上一定電壓后，當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上，由光照產(chǎn)少的光生載流子在外加電場(chǎng)作用下沿一定方向運(yùn)動(dòng)，在電路中產(chǎn)生電流，達(dá)到了光電轉(zhuǎn)換的目的。第4頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、根據(jù)半導(dǎo)體材料的分類，光敏電阻有兩種類型—本征型半導(dǎo)體光敏電阻和摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻。（1）本征型半導(dǎo)體光敏電阻只有當(dāng)入射光子能量等于或大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時(shí)才能激發(fā)一個(gè)電子—空穴對(duì)。第7頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻n型半導(dǎo)體，光子的能量加只要等于或大于雜質(zhì)電離能時(shí)，就能把施主能級(jí)上的電子激發(fā)別導(dǎo)帶而形成導(dǎo)電電子，在外加電場(chǎng)作用下形成電流。從原理上說p型小型半導(dǎo)體均可制成光敏電阻，但由于電子的遷移率比空穴大，而且用n型半導(dǎo)體材料制成的光敏電阻性能第8頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)長(zhǎng)波限的比較第9頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)為了提高光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度，要盡可能的縮短光敏電阻兩電極間的距離，這就是光敏電阻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。圖中光敏面為梳形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)梳形電極之間為光敏電阻材料，由于兩個(gè)梳形電極靠的很近，電極間距很小，光敏電阻靈敏度很高。第12頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖中為光敏面為蛇形的光敏電阻，光電導(dǎo)材料做成蛇形，光電導(dǎo)材料的兩側(cè)為金屬導(dǎo)電材料，并在上面設(shè)置電極，顯然這種光敏電阻的電極間距也很小，提高了光敏電阻的靈敏度。第13頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖中為刻線式結(jié)構(gòu)的光敏電阻側(cè)向圖，在備置好的光敏電阻襯基上刻出狹窄的光敏材料條，然后再蒸涂金屬電極構(gòu)成刻線式結(jié)構(gòu)的光敏電阻。第14頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、典型光敏電阻（1）對(duì)紫外光靈敏的光敏電阻：硫化鎘（CdS）和硒化鎘（CdSe）（2）對(duì)可見光靈敏的光敏電阻：硫化鉈（TiS）和硫化鎘（CdS）和硒化鎘（CdSe）（3）對(duì)紅外光靈敏的光敏電阻：硫化鉛（PbS），硒化鉛（PbSe），碲化銦（InSd）等第15頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、典型光敏電阻（1）硫化鎘（CdS）光敏電阻它是最常見的光敏電阻，它的光譜相應(yīng)最接近人眼光譜光視效率，它在可見光波段范圍內(nèi)的靈敏度最高。其光敏面常為蛇形光敏面結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于燈光的自動(dòng)控制，以及照相機(jī)的自動(dòng)測(cè)光等。第16頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）硫化鉛（PbS）光敏電阻PbS光敏電阻是近紅外波段最靈敏的光電導(dǎo)器件，PbS光敏電阻常用真空蒸發(fā)或化學(xué)沉積的方法制備。由于PbS光敏電阻在2微米附近的紅外輻射的探測(cè)靈敏度很高，因此常用于火災(zāi)等領(lǐng)域的探測(cè)。第17頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）銻化銦（InSd）光敏電阻InSd光敏電阻為3-5微米光譜范圍內(nèi)的主要探測(cè)器件之一，InSd光敏電阻由單晶材料制備，制造工藝成熟，經(jīng)過切片，磨片，拋光后的單晶材料，再采用腐蝕的方法減薄到所需要的厚度，制成單晶InSd光敏電阻，這種材料不僅適用于制造單元探測(cè)器件，也適宜制造陣列紅外探測(cè)器件。第18頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：1、CdS光敏電阻控制繼電器，外加電源12V，CdS在照度為200lx的亮電阻為2K歐姆，繼電器的線圈電阻R為1K歐姆，繼電器的吸合電流為2mA，問需要多少照度時(shí)才能使繼電器吸合？光照指數(shù)，電壓指數(shù)為1.第19頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.若CdS的暗電阻為10M歐姆，在照度100lx時(shí)亮電阻為5K歐姆，用它控制繼電器，如果繼電器的線圈電阻為4K歐姆，吸合電流為2mA，需要多少照度才能使繼電器吸合？第20頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏電阻的主要特性參數(shù)1、光電特性當(dāng)入射照度為E時(shí)，光敏電阻有光電流Ip產(chǎn)生，光電流與光照度的關(guān)系稱為光電特性。光電特性為：Ip=SgEγUα

其中γ為光照指數(shù)，與材料和入射光強(qiáng)弱有關(guān)系，弱光下γ=1，強(qiáng)光下為1/2。

α為電壓指數(shù)，與光電導(dǎo)體和電極材料之間的接觸有關(guān)。第21頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ip=SgErUaIp——光電流，即光敏電阻兩端加上一定電壓后亮電流I與暗電流Id之差。E——光照度。R——光照指數(shù)，它與材料和入射光強(qiáng)弱有關(guān)。U——光敏電阻兩端所加電壓。a——電壓指數(shù)，它與光電導(dǎo)體和電極材料之間的接觸有關(guān)。Sg——光電導(dǎo)靈敏度。第22頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光譜響應(yīng)特性光敏電阻的光譜特性第23頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光譜響應(yīng)率

是指在某一特定波長(zhǎng)下，輸出光電流（或電壓）與入射輻射能量之比。若將光敏電阻電極間距減小，使光敏電阻集光面積太小而不實(shí)用，若延長(zhǎng)載流子的壽命也可提高增益因數(shù)，但會(huì)減慢相應(yīng)速度。因此增益與響應(yīng)速度是相矛盾的第24頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.頻率特性曲線1和曲線2分別表示硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性光敏電阻的頻率特性較差。

當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同，可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高的多。第25頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、伏安特性指在一定光照下，光敏電阻器上的外加電壓與流過光敏電阻器的電流之間的關(guān)系曲線。從圖可以看出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)，一是在額定功率范圍內(nèi)（如50mW）光電流與所加電壓成線性關(guān)系，即電流正比于所施加外電壓。二是當(dāng)光敏電阻器上承受的功率超過它本身的額定功率后，曲線開始變彎，趨向飽和，電流并未繼續(xù)增大，即大部分光生載流子已參與為光電流。第26頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.溫度特性

光敏電阻的性能(靈敏度，暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。硫化鎘的光電流I和溫度T的關(guān)系如圖所示。有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)波段的輻射，將元件降溫使用。第27頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.光譜響應(yīng)范圍寬。根據(jù)材料不同，有的在可見光靈敏，有的靈敏域可達(dá)紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)。2.工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。3.所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，既可測(cè)弱光，也可測(cè)強(qiáng)光。4.靈敏度高，通過對(duì)材料、工藝和電極結(jié)構(gòu)的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)，光電增益可大于1。5.無極性之分，使用方便。缺點(diǎn)：在強(qiáng)光照下光電線性較差，光電弛豫時(shí)間長(zhǎng)，頻率特性較差，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域受到一定限制。光敏電阻和其他半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點(diǎn)：第28頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏電阻的應(yīng)用1.光敏電阻調(diào)光電路

光敏電阻的應(yīng)用廣泛，例如：照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光、光電控制、室內(nèi)光線控制、報(bào)警器、工業(yè)控制、光控開關(guān)、光控?zé)簟㈦娮油婢?、光控音樂IC、電子驗(yàn)鈔機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域。第29頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光控開關(guān)電路

圖a是一種光控開關(guān)電路，這一光控開關(guān)電路可以用在一些樓道、路燈等公共場(chǎng)所。通過光敏電阻器，它在天黑時(shí)會(huì)自動(dòng)開燈，天亮?xí)r自動(dòng)熄滅。電路中，VS1是晶閘管，Rl是光敏電阻器。第31頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏電阻式光控開關(guān)的幾種典型電路圖b是一種簡(jiǎn)單的暗激發(fā)繼電器開關(guān)電路。。

圖b簡(jiǎn)單的暗激發(fā)光控開關(guān)第32頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其工作原理是：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時(shí)由于光敏電阻阻值上升激發(fā)VT1導(dǎo)通，VT2的激勵(lì)電流使繼電器工作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的控制第33頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖c是一種精密的暗激發(fā)時(shí)滯繼電器開關(guān)電路。圖c精密的暗激發(fā)光控開關(guān)第34頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其工作原理是：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時(shí)由于光敏電阻阻值上升使運(yùn)放IC的反相端電位升高，其輸出激發(fā)VT導(dǎo)通，VT的激勵(lì)電流使繼電器工作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的控制。第35頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.停電自動(dòng)報(bào)警電路

圖a所示是停電自動(dòng)報(bào)警電路。電路中，