光电探测器光敏电阻
光电探测器基本原理
光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。光生伏特效应可分为：结光 电效应和横向光电效应。基于光生伏特效应的光电器件有：光电池，光敏二极管，光敏晶体管等。
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结光电效应原理：
p Ec EF Ev
光生空穴
p
-
光子
n
o 电离受主
--
+
--
+
电离施主 L
++ ++
x 光生电子
n
-
Lp
x
耗尽层 E i
x
Ln
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横向光电效应原理： 当半导体器件受到光照不均匀时，光照部分吸收入射光子能量产生电子-空穴对，光照部分载流子浓度比
未受光照部分载流子浓度大。就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。电子迁移率比空穴大，那 么，空穴扩散较电子扩散弱，而造成照射部分带正电，未被照射部分带负电。光照部分与未光照部分产生 光电动势。
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• 主要应用
●照相机自动测光
●光电控制
(Camera automation photometry) (Photoelectric control)
●室内光线控制 (Indoor sunlight control)
●工业控制 (Industrial control)
●光控灯 (Optical control lamp)
●光控音乐I.C (Optical control musicI.C)
●报警器 (Annunciator)
●光控开关 (Optical control switch)
●电子玩具 (Electronic toy)
光电探测器的几种类型
光电探测器的几种类型红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子电子或空穴、，引起电学性能变化。
因为载流子不逸出体外，所以称内光电效应。
量子光电效应灵敏度高，响应速度比热探测器快得多，是选择性探测器。
为了达到性能，一般都需要在低温下工作。
光电探测器可分为：1、光导型：又称光敏电阻。
入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。
从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。
截止波长由杂质电离能决定。
量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。
2、光伏型：主要是p－n结的光生伏特效应。
能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。
存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。
外电路就有电压或电流信号。
与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。
这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。
3、光发射－Schottky势垒探测器：金属和半导体接触，典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层为PtSi吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。
充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024×1024甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效率低的缺陷。
有严格的低温要求。
用这类探测器，国内外已生产出具有像质良好的热像仪。
PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPA。
4、量子阱探测器QWIP：将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。
电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。
利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。
90年代以来发展很快，已有512×512、640×480规模的QWIPGaAs/AlGaAs焦平面制成相应的热像仪诞生。
光敏电阻的简介
光敏电阻的简介如下是有关光敏电阻的简介：一．光敏电阻基本简介光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
二．光敏电阻基本原理1.光敏电阻的结构与工作原理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）急剧减少, 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级, 亮电阻在几千欧以下。
它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质, 半导体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相连接, 光敏电阻就通过引出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响, 在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜, 漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。
2.光敏电阻的主要参数（1）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。
（2）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流。
光敏电阻介绍
光敏电阻介绍1. 光敏电阻的定义与原理光敏电阻，又称为光敏电阻器或光敏电阻器件，是一种能够根据光照强度变化来改变电阻值的电子元件。
它是基于光电效应的原理制作而成的。
光照在光敏电阻表面产生电流，进而改变电阻值，实现对光线的探测和测量。
光敏电阻的主要原理是光生导电效应，即当光敏电阻表面受光照射时，光子的能量被吸收，使得电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
光敏电阻一般由光敏材料制成，例如硒化铟、硒化锌等。
2. 光敏电阻的特点光敏电阻具有以下几个特点：•灵敏度高：光敏电阻能够对光强进行精确的测量和探测，具有较高的灵敏度；•响应速度快：由于光生导电效应的原因，光敏电阻的响应速度较快；•光照范围广：光敏电阻可以对不同波长的光进行探测，光照范围广；•结构简单：光敏电阻的结构相对简单，易于加工和制造；•使用方便：光敏电阻可以与其他电子元件进行方便的连接和组合，便于使用。
3. 光敏电阻的应用领域光敏电阻在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 光控开关光敏电阻可以作为光控开关的核心元件，实现对光线的控制。
通过监测光敏电阻的电阻变化，可以控制开关的状态，实现自动化控制。
3.2 光照度测量光敏电阻可以用来测量光照度，广泛应用于光照度传感器和光照度测量仪器中。
通过测量光敏电阻的电阻值变化，可以准确地反映出周围环境的光照强度。
3.3 光电检测光敏电阻可以用于光电检测领域，例如光电传感器和光电开关等。
通过监测光敏电阻的电流变化，可以实现对物体的检测和触发。
3.4 光电自动控制光敏电阻在光电自动控制方面也有广泛的应用。
例如在路灯自动控制系统中，使用光敏电阻来感知环境光照强度，通过控制电路来实现路灯的自动开关。
4. 光敏电阻的选型与使用在选择和使用光敏电阻时，需要考虑以下几个因素：4.1 光敏材料不同的光敏材料具有不同的特性和灵敏度，根据具体应用需求选择合适的光敏材料。
4.2 光敏电阻的电阻范围光敏电阻的电阻范围要满足实际应用需求，根据需要选择适当的电阻范围。
光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)
光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。
一、实验目的（1）加深对光谱响应概念的理解； （2）掌握光谱响应的测试方法；（3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
二、实验内容（1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线； （2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
三、基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λV ℜ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()λλλP V V =ℜ （1－1）而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()λλλP I i =ℜ （1－2） 式中， P (λ)为波长为λ时的入射光功率；V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压；I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见，()λV ℜ和()λi ℜ均可以用()λℜ表示。
但在具体计算时应区分()λV ℜ和()λi ℜ，显然，二者具有不同的单位。
通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器（基准探测器）。
即使用一个光谱响应度为()λfℜ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
光敏电阻百科
光敏电阻百科
简介
光敏电阻是一种无极性的纯电阻，其阻值随入射光的强弱而改变。
[2]
光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器，其工作原理是基于内光电效应。
光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。
光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。
光敏电阻的特殊性能，随着科技的发展将得到极其广泛应用。
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
光敏电阻型号及参数
光敏电阻型号及参数光敏电阻，也被称为光敏电阻器或光电导电阻器，是一种用于测量光强度的电阻器件。
它的电阻值会随着周围光照强度的变化而变化。
下面是几个常见的光敏电阻型号及其参数：1.GL5528-最大光敏电阻值：20MΩ- 光敏特性：响应波长400-700nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：室内光控制设备、室外太阳能照明系统、安全系统等。
2.LDR5528-最大光敏电阻值：20MΩ- 光敏特性：响应波长540nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：自动照明系统、相机调焦控制、电子血压计等。
3.VT90N2-最大光敏电阻值：5MΩ- 光敏特性：响应波长400-1000nm- 外观：方形，尺寸为5.8mm x 4.8mm x 2.0mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：光电开关、光电传感器、荧光检测等。
4.PRM7510-最大光敏电阻值：100KΩ- 光敏特性：响应波长380-1000nm- 外观：圆形，直径为6mm-工作温度范围：-20°C至+80°C-主要应用：计时器、自动控制系统、光电探测器等。
5.CDS-5-最大光敏电阻值：1MΩ- 光敏特性：响应波长400-700nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：室内照明控制、安防系统、电子游戏机等。
以上只是部分常见的光敏电阻型号和参数，市场上还有很多其他型号的光敏电阻可供选择。
在选择光敏电阻时，需要根据具体应用需求来选择合适的型号，如测量范围、响应波长、工作温度范围等。
此外，还需根据电路设计的要求考虑光敏电阻的尺寸、灵敏度、稳定性等因素。
光电探测器特性测试实验
频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。
光照特性：即光生电动势，光电流与照度的关系。
光谱特性：取决于所采用的材料与制作工艺，同时也与温度有关。
频率特性：除了载流子运动因素外，还与材料，结构，光敏面的大小及使用条件有关。负载电阻越大、光敏面积越大、结电容越大，频率响应越差。
光电探测器特性测试实验
光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。
1、光敏电阻
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。
光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS
2、光敏二极管
光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为
式中I中是流过探测器总电流，Iso二极管反向饱和电流，Is是光照时的光电流，q是电子电荷，V是探测器两端电压，k为玻耳兹曼常数，T器件绝对温度。
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等效噪声功率和探测率
➢显然，NEP值越小越好，这是表示光电 探测器探测能力的重要参数。
➢一个较好的光电探测器的等效噪声功率 约为10-11瓦左右。
5.当测量调制或脉冲光信号时，探测器输出电信号是否能正确 反映光信号的波形—探测器的响应时间。
6.当测量的光信号幅度变化时，探测器输出的信号幅度是否能 线性地响应。
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等效噪声功率和探测率
➢ 当入射功率小至使信号电流和噪声电流相等时， 信号与噪声难以分辨，器件就失去了探测辐射的 能力。因此要考虑器件的噪声，通常用噪声等效 功率NEP和探测率D*来描述器件的极限探测本领， 即最小可探测功率。
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光电探测器的噪声
信号的随机起伏
白噪声和1/f噪声
在系统中任何虚假的或不需要的信号统称为噪声（随机，不可
预知）。系统的噪声可分为来自外部的干扰噪声和内部噪声。
来自外部的干扰噪声又可分为人为干扰噪声和自然干扰噪声；
系统内部噪声也可分为人为噪声和固有噪声。
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光电探测器的噪声
通常把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析， 得到噪声功率随频率变化关系，这就是噪声的功率谱 s(f)。 根据噪声的功率谱与频率的关系，常见有两种典型情 况：一种是功率谱大小与频率无关的噪声，通常称为 白噪声；一种噪声是功率谱与1/f成正比，称为1/f 噪声。
N Q(t) / h
7Hale Waihona Puke 而入射的瞬时光辐射能量为：
Q(t) t0t P(t)dt t0
式中，P(t)是光辐射的瞬时功率。 一般来说，它是一个随机量，如果P(t)在观察时间t内没
有明显的改变，则W(t)P(t) t。由此可得光电探测器输出
的平均光电流表达式：
IP
eK t
e h
P(t)
e h
P
式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述了光－电转换的
GeCd 0.06
20.7
1.1
SiAs 0.0537 23.1
CdSe
1.8
0.69
SiBi 0.0706 16.3
CdS PbSe
2.4 0.23
0.52 5.4
SiP SiIn SiMg
0.045 0.165 0.087
27.6 7.5 14.3
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光电探测器的噪声
➢ 噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 ➢ 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响 对信号特别是微弱信号的正确探测。 ➢ 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测 系统的噪声所限制。 ➢ 在精密测量、通信、自动控制等领域，减小和 消除噪声是十分重要的问题。
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1.光电探测器的量子效率，即单位时间内探测器传输出的光电 子数与入射到探测器表面的光子数之比；
2.根据测量光信号大小，探测器能输出多大的电信号，即探测 器的响应率大小。
3.探测器的光谱响应范围是否同测量光信号的相对光谱功率分 布一致。
4.对某种探测器，它能探测的极限功率是多少——需要知道探 测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
光阴极 6
三、光电转换定律
➢ 光电探测器的作用是将光辐射能转换成易于测量的电学 量，所以光电探测器实质上是一种光－电转换器件。
➢ 光子入射到光电探测器上所产生的光电流，如果光子能
量大于探测器材料的禁带宽度，在观察时间t内，它产 生的平均光电子数为N，则根据量子理论分析的结果， N 与入射的平均光辐射能量成正比，即
光电探测器及光电导探测器
1
光电探测器及光电导探测器
❖ 光电探测器的物理基础、分类 通常需考虑特性参数； 常用的光电导探测器原理和特性。 光电探测器的噪声
❖ 光电导探测器的电路偏置
2
光检测器件的分类
根据工作机理不同分为：光电探测器和热电探测器。
3
光检测器件
光电器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒 需要的时间短， 一般为纳 秒到几百微秒
5
二、光电探测器原理
光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件
光辐射量
光电探测器
电量
• 光电探测器利用材料的光电效应制成。 • 外光电效应、内光电效应。 • 光电导效应、光生伏特效应及光磁电效应均
属于内光电效应。
固体器件
光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光纤传感器 电荷耦合器件
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电
阻 热释电探测器
4
光检测器件的特点
光电器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超过该波长，器 件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
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一般光电检测系统的噪声可分为三类： （1）光子噪声 包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。 （2）探测器噪声 包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f 噪声；
温度噪声。 （3）信号放大及处理电路噪声
光电测量系统噪声分类
基本定律。
8
从光电转换定律可知： ①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率成正比，
因此，一个光子探测器可视为一个电流源。 ②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比，所以
光电探测器输出的光电流也与光电场强度的平方成 正比。也就是说，光电探测器的响应具有平方律特 性。因此，通常称光电探测器为平方律探测器，或 者说，光电探测器本质上是一个非线性器件。
9
光电探测器的主要特性参数
判断光电探测器的优劣的指标，以及根据特定的要求
恰当地选择探测器的依据。
① 在工作波长上具有高的响应度，即对一定的 入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；
② 具有快的响应速度，能适用于高速或宽带系统； ③ 具有低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； ④ 具有良好的线性关系，以保证信号转换不失真； ⑤ 具有体积小、工作寿命长等。
➢探测率 ➢归一化探测率D*
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常见半导体及掺杂半导体的能隙Eg及最大响应波长max 材料 Eg (eV) max (m) 材料 Eg (eV) max (m)
InSb PbS Ge
Si
0.22 0.42 0.67 1/12
5.5
GeHg 0.09
13.8
3.0
GeCu 0.041 30.2
1.9