光电导器件(光敏电阻).ppt

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1、五五半导体光电导器件：利用半导体材料的光电导效应制成的。光电导效应（内光电效应）：表示材料（或器件）受到光辐射后，材料（或器件）材料的电导率发生变化。原理及结构原理及结构特性参数特性参数特点特点典型电路典型电路应用应用本章主要内容：5-1工作原理和结构工作原理和结构1、原理：、原理：光敏电阻光敏电阻阻值对光照特别敏感，阻值对光照特别敏感，是一种典是一种典型的利型的利用用光电导效应光电导效应制成的光电探测器件。制成的光电探测器件。光光电电转转换换：当当光光照照射射到到光光电电导导体体上上，由由光光照照产产生生的的光光生生载载流流子子在在外外加加电电场场作作用用下下，沿一定方向运动，电路中产生电流

2、。沿一定方向运动，电路中产生电流。a.本本征征型型：可可用用来来检检测测可可见见光光和和近近红红外辐射外辐射b.非非本本征征型型（N型型为为主主）：可可以以检检测测波波长很长的辐射长很长的辐射2、结构：、结构：组成：它由一块涂在绝缘组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑装在带有窗口的金属或塑料外壳内料外壳内。电极和光电导。电极和光电导体之间呈体之间呈欧姆接触。欧姆接触。三种形式三种形式梳状式梳状式玻玻璃璃基基底底上上蒸蒸镀镀梳梳状状金金属属膜膜而而制制成成；或或在在玻玻璃璃基基底底上上面面蚀蚀刻刻成成

3、互互相相交交叉叉的的梳梳状状槽槽，在在槽槽内内填填入入黄黄金金或或石石墨墨等等导导电电物物质质，在在表表面面再再敷敷上一层光敏材料。如图所示。上一层光敏材料。如图所示。绝缘基底光电导体膜刻线式刻线式在在玻玻璃璃基基片片上上镀镀制制一一层层薄薄的的金金属属箔箔，将将其其刻刻划划成成栅栅状状槽槽，然然后后在在槽槽内内填填入入光光敏敏电电阻阻材材料料层后制成。其结构如下图所示。层后制成。其结构如下图所示。涂膜式（夹层式）涂膜式（夹层式）在在玻玻璃璃基基片片上上直直接接涂涂上上光光敏敏材材料料膜膜后后而而制制成成。其结构如右下图所示。其结构如右下图所示。2、光敏电阻在电路中的符号、光敏电阻在电路中的符

4、号5-2主要特性参数主要特性参数1、光电流及增益、光电流及增益无光照时流过器件的电流称暗电流，由入射光无光照时流过器件的电流称暗电流，由入射光引起的称光电流。引起的称光电流。增增益益可可理理解解为为：样样品品中中每每产产生生一一个个光光生生载载流流子子所所构构成成的的流流入入外外电电路路的的载载流流子子数数。即：即：减减少少电电极极间间的的间间距距L，适适当当提提高高工工作作电电压压，对提高对提高G值有利。值有利。若若G1,即即单单位位时时间间流流过过器器件件的的电电荷荷数数大大于于器器件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。由上式可知：由上式可知：、减小样

5、品长度可以大大提高增益；、减小样品长度可以大大提高增益；、增加载流子的寿命也可提高增益。、增加载流子的寿命也可提高增益。光敏面作成光敏面作成蛇形蛇形，电极作成梳状是因为这，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以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，从而既可减小极间电减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。子渡越时间，也有利于提高灵敏度。2.光电导灵敏度光电导灵敏度（P107）定义为光电导定义为光电导与输入光照度与输入光照度E之比。之比。：光电导（西门子光电导（西门子S）E：照度（勒克斯照度（勒克斯lx）：入射通量（流明入射通量（流明

6、lm)注意：注意：灵敏度与光电增益的区别灵敏度与光电增益的区别（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。能力的大小。（2）增益指在工作状态下，各参数对光电导）增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。效应的增强能力。材料特性结构参数3、光电特性、光电特性(P107)光电流与照度的关系：光电流与照度的关系：光照指数光照指数由图可知：（由图可知：（1）弱光时，）弱光时，与照度与照度成线性关系成线性关系即得即得（2)强光时，光电流与照度成抛物线，强光时，光电流与照度成抛物线，即得即得强光照强光照下光电特性的分析：下光电特性的分析：光照增强的同时，

7、载流子浓度不断的增加，光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈饱和趋势。（冷却可以改善）流呈饱和趋势。（冷却可以改善）4、伏安特性：、伏安特性：在一定的光照下，光电流在一定的光照下，光电流与所加电压与所加电压的关系的关系一定的光照下，一定的光照下，与与电压电压的关系的关系;相同的电压下，相同的电压下，与光照与光照的关系的关系说明：说明：（1)光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律。光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律。（2）光照使光敏电阻发热，使得在额定功

8、耗内工作，）光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工作，其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率又和其面积大小、散热情况有关。又和其面积大小、散热情况有关。（3）伏安特性曲线和负载线的交点即为）伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻光敏电阻的工作点。的工作点。5、温度特性：、温度特性：温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度、温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度、光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵敏度，必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导敏度，必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导体受温度影响更明显。体受温度

9、影响更明显。6前历效应前历效应指光敏电阻的时间特性与工作前指光敏电阻的时间特性与工作前“历史历史”有关的一种有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。影响。暗态前历效应：暗态前历效应：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后光电流上升的越慢程度。一般，当它突然受到光照后光电流上升的越慢程度。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。1-黑暗放置3分钟后2-黑暗放置60分钟后3-黑暗放置24小时后亮态前历效应：亮态前历效应：光敏电

10、阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。其效应曲线如下图所示。其效应曲线如下图所示。7、暗电阻和暗电流：、暗电阻和暗电流：光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，一般情况下，暗电阻都大于一般情况下，暗电阻都大于10兆，受光兆，受光照时的阻值称为亮阻。暗阻与亮阻的比照时的阻值称为亮阻。暗阻与亮阻的比值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越大，灵敏度越高。大，灵敏度越高。8、噪声特性：、噪声特性：热噪声、产生复

11、合噪声热噪声、产生复合噪声、噪声与调制频率的关系如下所示：噪声与调制频率的关系如下所示：（1）红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的（2）制冷可降低热噪声）制冷可降低热噪声（3）恰当的偏置电路，可使信噪比最大）恰当的偏置电路，可使信噪比最大9、光谱特性：、光谱特性：相对灵敏度与波长的关系相对灵敏度与波长的关系可见光区光敏电阻的光谱特性可见光区光敏电阻的光谱特性光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515600nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（的峰

12、值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。红外区光敏电阻的光谱特性红外区光敏电阻的光谱特性注明：此特性与所用材料的光谱响应、制造注明：此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。总结：光总结：光敏电阻的特点敏电阻的特点1、优点：、优点：灵敏度高，光电导增益大于灵敏度高，光电导增益大于1工作电流大，可达数毫安，无极性之工作电流大，可达数毫安，无极性之分分光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的光谱响应范围宽，尤其对红外有较高

13、的灵敏度灵敏度所测光强范围宽，可测强光、弱光所测光强范围宽，可测强光、弱光2、不足：、不足：强光下光电转换线性差强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长光电导弛豫时间长受温度影响大受温度影响大由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应5-3常用光敏电阻（P109）参数功率（mw）测量照度暗电阻（兆欧）亮电阻（千欧）峰值波长P1201 701052060540P3807R5010204.413 620P5521001058245205-4光敏电阻的电路光敏电阻的电路1、基本偏置电路：、基本偏置电路：2、恒流偏置电路：、恒流偏置电路：恒流偏置电路：采用稳压管恒流偏置电路：采用稳压管D,故故不变，不变，所以所以不变，因此不变，因此也不变。也不变。3、恒压偏置电路：、恒压偏置电路：同样同样不变，故不变，故不变，由不变，由于于减小，故减小，故增大。导致增大。导致变化。而输变化。而输出电压出电压不变。不变。4.恒功率（P113）5-5光敏电阻的应用光敏电阻的应用1.照相机电子快门（照相机电子快门（P115）2.暗光亮灯控制（暗通电路暗光亮灯控制（暗通电路P116）：继电器原理3.火焰探测报警器4.自动调光台灯