半导体光电器件.ppt

3.2势垒型光电(光伏) 探测器件 3.2.1 概述 3.2.2 光电池 3.2.3 光电二极管 3.2.4 光伏探测器的使用要点 第三十一页，共64页 3.2.1概述 利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件(光敏电阻为匀质型)。 常见的光伏器件：光电池、 光电二极管、 光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管 和光电导探测器不同，光伏探测器的工作特性要复杂一些。通常有光电池和光电二极管之分，也就是说，光伏探测器有着不同的工作模式。 第三十二页，共64页 3.2.2光电池 一、概述 二、符号、连接电路、等效电路 三、光电池的特性参数 第三十三页，共64页 一、概述 光电池的基本结构就是一个PN结（零偏状态）。 按材料分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型材料的光电池等。按结构分，有同质结和异质结光电池等。 光电池中最典型的是同质结硅光电池。 国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR系列和2DR系列两种。 第三十四页，共64页 2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极或上电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。衬底方面的电极称为后极或下电极。 为了减少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有SiO2或MgF2，Si3N4，SiO2－MgF2等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的保护作用。 N（P） P（Si） P（B） N（Si） 上电极（前极） 下电极（后极） （a）2DR （b）2CR 第三十五页，共64页 目前最受重视的是硅光电池与硒光电池。 硅光电池：硅光电池具有性能稳定，寿命长，光谱响应范围宽，频率特性好和能耐高温等优点。因此硅光电池在光度学、辐射测量、光学精密计量和测试及激光参数测量等方面得到了广泛应用。 硒光电池：光谱响应曲线和人眼的光谱光视效率曲线的形状很相似，其光谱响应峰值波长与人眼的光谱光视效率的峰值相重合，且硒光电池价廉，因而在一些与人眼视觉有关系的光学器件中，在测量与控制应用中，多用硒光电池。但应指出，硒光电池稳定性很差。 第三十六页，共64页 硅光电池:它是在N型硅片上扩散硼形成P型层，并用电极引线把P型和N型层引出，形成正负电极。SiO2为防止表面反射光，提高转换效率。 - + R L P N 防反射膜 (SiO 2 ) p n + - SiO 2 PN 结 硅光电池结构示意 第三十七页，共64页 第三十八页，共64页 二、符号、连接电路、等效电路 光电池等效为一个普通晶体二极管和一个恒流源（光电流源）的并联。 I 光电流 Ij普通二极管的结电流 I U RL U RL Ip Ij 符号 连接电路 等效电路 第三十九页，共64页 三、光电池的特性参数 伏安特性 光照特性（光电特性） 光谱特性 频率特性 温度特性 第四十页，共64页 伏安特性 输出电流和电压和负载电阻的变化曲线。 二极管的伏安特性 由等效电路图可知 暗电流：当光通量为零时，是光电池加反向偏压后出现的暗电流 第四十一页，共64页 a、当光电池短路时，即U=0，则 此时I称为短路电流，用 表示。值得注意的是短路电流等于光电流，且与入射光照呈线性关系。 b、当光电池开路时，即I=0, 时，则 此时U称为开路电压，用 表示。 U Ip Ij RL I 第四十二页，共64页 光照特性 硅光电池光照特性 硅光电池光照特性与负载电阻的关系 定义： 硅光电池光照特性是指光生电动势（开路电压）、光电流、与照度之间的关系。 性质： 1、光生电动势（开路电压）、与照度呈非线性关系 2、光电流与照度之间呈线性的关系 3、光照特性与负载大小关系：E相同，负载增大，光电流变小，光照特性的线性区也变小。 第四十三页，共64页 光谱特性 光谱特性主要取决于所用材料与制作工艺（如结的深浅），也与使用温度有关。 １、硒光电池与人眼特性很接近 ２、硅蓝光电池的结深比较浅，ＰＮ结距受光面很近，减少了短波长的光在透过受光表面时的吸收损耗，提高了短波长到达ＰＮ结的几率。 第四十四页，共64页 频率特性 当光照射光电池时，由于载流子在PN结区内扩散、漂移、产生复合需要时间过程。 与材料、结构、光敏面积大小有关。 光电池的响应时间由PN结的电容和RL决定，在要求更高的频率特性探测电路中，选用小面积的光电池较有利，同时选择合适的负载电阻。 第四十五页，共64页 温度特性 １、温度特性Uoc 和Isc随温度的变化情况。 ２、一般Uoc（负温度系数）下降约2~3mv/ 。C　 ３、Isc （正温度系数）上升约78u