Download
1 / 22
220 likes | 424 Views
半导体光电器件特性测量. 光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 光电池. 光敏电阻. 光电导效应原理（半导体材料的体效应） —— 光电导探测器 光照下改变自身的电阻率（光照愈强 , 器件自身的电阻愈小） —— 光敏电阻（光导管）. 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 本征型光敏电阻 —— 一般在室温下工作适用于可见光和近红外辐射探测 非本征型光敏电阻 —— 通常在低温条件下工作常用于中、远红外辐射探测. 光敏电阻是一种电阻元件，具有灵敏度高、体积小、重量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动、寿命长、价格便宜等优点，应用广泛。.
E N D
半导体光电器件特性测量 • 光敏电阻 • 光敏二极管 • 光敏三极管 • 光电池
光敏电阻 • 光电导效应原理（半导体材料的体效应）——光电导探测器 • 光照下改变自身的电阻率（光照愈强,器件自身的电阻愈小）——光敏电阻（光导管）
光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 • 本征型光敏电阻——一般在室温下工作适用于可见光和近红外辐射探测 • 非本征型光敏电阻—— 通常在低温条件下工作常用于中、远红外辐射探测
光敏电阻是一种电阻元件，具有灵敏度高、体积小、重量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动、寿命长、价格便宜等优点，应用广泛。光敏电阻是一种电阻元件，具有灵敏度高、体积小、重量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动、寿命长、价格便宜等优点，应用广泛。
光敏电阻没有极性， 纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 • 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 • 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。
1. 光敏电阻的结构 光敏电阻的结构：管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电半导体，一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，电极一般采用硫状图案。
2. 工作特性 （1）光谱特性 光谱特性：照射光波长与光电流的关系，光谱特性与光敏电阻的材料有关。 硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硫化铊的峰值在可见光区域。在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源结合起来考虑，才能获得满意的效果。
（2）光照特性和伏安特性 光照特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。 通常光照特性曲线均呈非线性，因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。 一般在自动控制系统中用作光电开关。
伏安特性：在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系。伏安特性：在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系。 • 在给定偏压下，光照度较大，光电流也越大。 • 在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。 • 注意：电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。
（3）时间响应特性 光敏电阻的响应时间常数是由电流上升时间和衰减时间表示的。 光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间）等因素有关。
（4）稳定特性 光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。 例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离10lx愈多，温度系数也愈大。 另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏电阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为+20℃时的两倍。 光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。
（5）噪声特性 光电导探测器的噪声主要有三个噪声源贡献：产生-复合噪声、热噪声、1/f 噪声。
3.几种典型的光敏电阻 （1）CdS和CdSe 低造价、可见光辐射探测器 光电导增益比较高(103～104) 响应时间比较长(大约50ms) （2）PbS：近红外辐射探测器 波长响应范围在1～3.4μm，峰值响应波长为2μm 内阻（暗阻）大约为1MΩ 响应时间约200μs
（3）InSb 在77k下,噪声性能大大改善 峰值响应波长为5μm 响应时间短（大约50×10-9s） （4）HgxCd1-xTe探测器 化合物本征型光电导探测器,它是由HgTe和GdTe两种材料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线性变化。 当x=0.2时响应波长为8～14μm,工作温度77k，用液氮致冷。
4. 使用注意事项 （1）用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配; （2）要防止光敏电阻受杂散光的影响; （3）要防止使光敏电阻的电参数(电压、功耗)超过允许值； （4）根据不同用途,选用不同特性的光敏电阻。
1.光照特性测量 光敏电阻的测量电压（U测）为+5V时，光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化，它们之间的关系是非线性的。调节光源0~12V电压得到不同的光照度，测得数据填入表，并作曲线图。
2.伏安特性测量 在一定的光照强度下，光电流随外加电压的变化而变化，测量时，在给定光照强度100LX时，光敏电阻输入0-5V可调电压，调节0-5V电压（由电压表监测），测得流过光敏电阻的电流,测得数据填入表，并作不同照度的三条伏安特性曲线。
3.光谱特性测量 光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，这就是光敏电阻的光谱特性。在光路装置中先用照度计窗口对准遮光筒，然后撤下光源前盖,更换不同的滤光片，得到对应各种颜色的光。 作光谱特性时，需调节光源强度（调0—12V电压），得到相同的照度。光敏电阻在某一固定工作电压下（+5V），在同一照度下（例如100LX），在不同波长（颜色）时测量流过光敏电阻的电流值，就可作出其光源特性曲线。
思考题： 1、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池之间有什么不同？ 2、以上实验的主要误差来源有那些？ 注意事项： 1、请注意仪器的正确使用。 2、实验完成后，应将结果交老师检查、签字，然后关闭电源、整理好仪器、元件，并在实验卡片上签上班级、学号、姓名、实验日期，然后才能离开。
