第六章 探测技术.ppt

1、福州大学物理与信息工程学院 张永爱 E-mail：,光电子技术,6.1 光电探测器的物理效应,能把光辐射量转换为另一种便于测量的物理量的器件,光探测器,光辐射量,光电探测器,电量,光电探测器的物理效应,光子效应,光热效应,一）光子效应(photonic effect ),指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的 一类光电效应。,探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。,特点,对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。,（一）光电发射效应,在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。,光电发射体,能产生光电发射效应的物

2、体，在光电管中又称为光阴极。,光电发射效应的能量关系可由著名的爱因斯坦方程来表示,即,表示光电子离开发射体表面的动能,-光子能量,-光电子发射体的功函数,物理意义,若发射体内部的电子吸收光子的能量大于发射体的功函数，光电子能从发射体表面逸出，并且具有相应的动能。,光电子发射效应产生的条件,即,或,上式中等号表示，电子刚好能逸出表面， 但是速度为零，即静止在发射体表面。,截止波长,截止频率,截止波长,可见，要使波长较长的光辐射产生光电发射效应， 则发射体的 必须要小。,（二）内光电效应,当光照射物体表面时，光电子不逸出体外的光电效应。,1）光电导效应,光电导现象半导体材料的“体”效应,当半导体材

3、料被光照时，由于对光子的吸收随载流子 的浓度增大而增大，因而导致电导率增大。,是一种内光电效应，是光电导探测器光电转化的基础,当光子能量大于材料禁带宽度时，把价带中的电子激发到导带上，在价带中留下自由空穴，从而导致电导率的增大-本征光电导效应。,若光子激发杂质半导体，使电子从施主能级跃迁到导带或从价带跃迁到受主能级，产生自由电子或自由空穴，从而使材料电导率增加-非本征光电导效应。,光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长满足如下条件：,-禁带宽度,-杂质能带宽度,光敏电阻,（本征）,（杂质）,这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子-光生载流子。,显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个量

4、 ，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体就分别称为本征光电导和杂质光电导。,光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量,2）光伏效应,光伏现象半导体材料的“结”效应,多数载流子（N侧的电子和P侧的空穴）的扩散作用,少数载流子（P侧的电子和N侧的空穴）的漂移作用,无静电流过P-N结,零偏状态,P-N结的伏安特性：,若P-N结反向偏压（P区接负，N区接正）,反向饱和电流,-暗电流,-反向饱和电流,E-电子电荷量,U-偏置电压,K-波儿兹曼常数,T-绝对温度,在光照下,入射光c,光生电子空穴对,内电场,电子空穴分离,开路电压,光伏效应,光照零

5、偏pn结产生开路电压的效应,光照反偏,光伏效应,光电池,光电信号是光电流,结型光电探测器的工作原理,光电二极管,探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。,二）光热效应(photothermal effect ),原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。,在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。,热释电材料电介质,一种结晶对称性很差的压电晶体,在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩),热电体的| |决定了面电荷密

6、度 的大小，当发生 变化时，面电荷密度也跟着变化,热释电现象,升高到Tc值时，自发极化突然消失，TC称为居里温度,热释电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在11000秒量级,热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。,| |值是温度的函数温度升高| |减小。,三）光电转换定律,光辐射量转换为光电流量的过程 光电转换,D探测器的光电转换因子,-探测器的量子效率,*光功率P正比于光电场的平方 平方律探测器非线性器件(本质)。,*光电探测器对入射光功率响应(光电流) 一个光子探测器可视为一个电流源。,光电转化定律,光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子

7、的运动规律。由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。以下是属于内光电效应的有（ ）。,A、光电发射效应 B、光电导效应 C、光生伏特效应 D、光伏效应,在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于( ),A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射效应 D、光电导效应,6.2 光电探测器的特性参数和噪声,一）光电探测器特性参数,一、积分灵敏度R,灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。,光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系if (P)，称为探测器的光电特性。

8、,光电探测器本质是一个外电压偏置的电流输出器件，通过负载电阻可改变为电压输出器件。,灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即,(线性区内) (安/瓦),(线性区内) (伏/瓦),R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、电压有效值。,光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。,R是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。,光电探测器对光具有选择性，不同波长的光功率密度P在其他条件不变下所产生的光电流i是波长的函数，因此，光谱灵敏度可定义为：,二、光谱灵敏度R,通常给出的是相对光谱灵敏度S定义为,Rm是指R的最大值，S为无量纲，随

9、变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。,三、频率灵敏度,若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调制频率f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf,定义为,称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。,频率灵敏度是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与值大小关系很大。,一般规定，R f下降到,从上式可见：,当ffc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。,频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。,探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。,当辐射突然降去后，输出电流也需要

10、经过一定时间才能下降到零。,一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由,决定。,光电流是两端电压u、光功率P、光波长和光强调制频率f的函数，即,以u，P，为参变量，iF（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。,i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。,iF ()及其曲线称为光谱特性曲线。,而iF (u)及其曲线称为伏安特性曲线。,当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探测器的使用电路。,量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。,对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子， =1,实际上

11、， 1,量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。,四、量子效率,灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的特性，量子效率则从微观宏观描述。,量子效率和灵敏度关系,对某一波长来说，其光谱量子效率 ：,c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。,从灵敏度R的定义式,可见，如果P0，应有i=0,实际情况是，当P0时，光电探测器的输出电流并不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为,它是瞬时噪声电流的有效值。灵敏度R巳失去意义，须定义一个新参量来描述光电探测器的特性。,五、通量阈Pth和噪声等效功率NEP,噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声电流

12、in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。,依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为,光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。,探测器所能探测的最小光信号功率,除了通量阈来描述光电探测器的这种特性外， 还可以用噪声等效功率NEP来描述。,定义为单位信噪比时的信号光功率。,(电压信噪比),(电流信噪比),NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所以NEP是描述光电探测器探测能力的参数。,NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们“越大越好”的习惯，于是取NEP的倒数并定义为探测度D，即,D值越大，探测器的探测能力高。,六、归一化探测度D*,主要是探测器光敏面

13、积A和测量带宽f对D值影响甚大。,通常情况下,为了比较比较各种探测器的性能，需除去A、 的差别 所带来的影响,归一化参数来表示,归一化探测度,D*大的探测器其探测能力一定好。,考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明 响应波长、光辐射调制频率f及测量带宽f， 即D*(, f ,f )。,光敏电阻,光电二极管,光电池,七、其它参数,光电探测器还有其它一些特性参数， 例如光敏面积，探测器电阻，电容等。,光电检测器件的性能参数,光电检测器件的性能参数,以下是从微观量-宏观量来描述光电探测器的特性的是（ ）,A 量子效率,B 灵敏度,C 通量阈,D 归一化探测度,2、光电信息转换器件的主要特性( )

14、,A 光电特性 B 光谱特性 C 伏安特性 D 频率特性,因为在光电转换过程中，半导体中的电子从价带跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列独立事件，是一种随机的过程。每一瞬间出现载流子是不确定的，所以随机起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。,二）噪声,依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声分为散粒噪声、产生复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声。,是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消除的输出信号的起伏，是与器件密切相关的一个参量。,按噪声产生的原因，可分为以下几类,噪声,人为噪声,自然噪声,散粒噪声,产生复合噪声

15、,光子噪声,热噪声,低频噪声,1.散粒噪声,无光照下，由于热激发作用，而随机地产生电子所造成的起伏（以光电子发射为例）。,由于起伏单元是电子电荷量e，故称为散粒噪声，这种噪声存在于所有光电探测器中。,其有效值为,相应的噪声电压为,热激发散粒噪声电流均为,如果探测器具有内增益M，则上式还应乘以M。 光电探测器是依靠内场把电子空穴对分开，空穴对电流贡献不大，主要是电子贡献。 上两式也适用于光伏探测器,R -探测器的电阻,-探测器的暗电流,-测量带宽,2.产生复合噪声,对光电导探测器，载流子热激发是电子空穴对。电子和空穴在运动中，与光伏器件重要的不同点在于存在严重的复合过程，而复合过程本身也是随机的

16、。,因此，不仅有载流子产生的起伏，而且还有载流子复合的起伏，其本质也是散粒噪声，为强调产生和复合两个过程，取名为产生复合散粒噪声，简称为产生复合噪声，记为Ig-r和Vg-r即,M是光电导的内增益。,以上是热激发作用产生的散粒噪声。假定忽略热激发 作用，即认为热激发直流电流Id为零。,3.光子噪声,由于光子本身也服从统计规律。我们平常说的恒定光 功率，实际上是光子数的统计平均值，而每一瞬时到 达探测器的光子数是随机的。,因此，光激发的载流子一定也是随机的，也要产生起 伏噪声，即散粒噪声。为强调光子起伏，故为光子噪声,它是探测器的极限噪声，不管是信号光还是背景光， 都要伴随着光子噪声，而且光功率愈

17、大，光子噪声 也愈大。把id用ib和is代替，即可得到光子噪声的表达式。,即光子散粒噪声电流,适用于光电发射和光伏情况，如果有内增益，则再乘以M，即,ib和is又可用光功率Pb和Ps表示出来,考虑到id、ib和is的共同作用，光电探测器总散粒噪声可统一表示为,S =2 (光电发射和光伏)或S=4 (光电导) M内增益系数(无内增益=1) B (测量带宽),4.热噪声,电阻材料，即使在恒定的温度下，其内部的自由载流子数目及运动状态也是随机的，由此而构成无偏压下的起伏电动势。,光电探测器有一个等效电阻R，电阻中自由电子的随机运动将引起电压起伏热噪声,其大小与电阻的阻值、温度及工作带宽有关。,K-玻

18、尔兹曼常数，T-绝对温度,5.1/f 噪声,该噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。,几乎在所有探测器中都存在这种噪声。它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且与光辐射的调制频率f成反比，故称为低频噪声或1/f 噪声。,实验发现，探测器表面的工艺状态(缺陷或不均匀等)对这种噪声的影响很大，所以有时也称为表面噪声或过剩噪声。,1/f 噪声的经验规律为 ：,A为与元件制作工艺、材料尺寸、表面状态等有关的 比例系数；,为系数，它与流过元件的电流有关，其值通常取2；,为与元件材料性质有关的系数，其值在0.8-1.3之间， 大部分

19、材料的值取；,知识回顾,内光电效应,在光的照射下材料的电阻率发生改变的现象,光电导效应,半导体材料受到光照时会产生电子空穴对，使其导电 性能增加，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发 生变化的现象称为光电导效应,6.4 光电导探测器,光电导探测器是利用光电导效应原理工作的探测器,光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成p-n结，所以又称为无结光电探测器。,此器件在光照下会改变自身的电阻值（光照越强， 器件自身的电阻越有效）-光敏电阻,一）物理过程,当光照射到半导体材料时，价带中的电子受到能量大于 或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃 入导带，使材料中导带内的电子和价带中的空穴

20、的浓度 增加，从而使电导率增大。,为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导 材料的禁带宽度Eg，即,材料的光电导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导 材料，总存在一个照射光临界波长,只有波长小于 的光照射在光电导体上，才能 产生电子能级间的跃迁，从而使光电导体的 电导率增加,一般室温下工作，适用与可见光和近红外辐射探测,本征光敏电阻：,非本征光敏电阻：,在低温条件下工作，常用于中、远红外辐射探测,二）结构,组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。,光敏电阻在电路中的符号,1）刻线式,在玻璃基片上镀制一层

21、薄的金属箔，将其刻划成栅状槽， 然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。 其结构如下图所示,2）涂膜式,在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。 其结构下图,3）梳状式,以CdS光敏电阻为例,掺杂半导体薄膜沉积在绝缘基底上，然后薄膜面镀Au或Cu等金属，形成一定形状的电极（梳状），这种结构使得间距很近，电极间具有较大的光敏面积，从而获得较高的灵敏度，为了防止潮湿对灵敏度的影响，整个管子采用密封结构。,三）工作特性,1）光敏响应特性,电导探测器的光谱响应特性，主要由材料和工艺过程 决定，不同的材料，其光敏响应特性不同。,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

22、波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）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。,可见光区光敏电阻的光谱特性,2）光照特性,在一定的偏置电压条件下，光敏电阻的光照特性呈非线性关系。,回路电流,-非线性关系,u-光敏电阻两端电压,： 光照指数,：电压指数,光照特性曲线,在低偏压，弱光照条件下，1，1,（ip关系呈线性关系）,3）伏安特性,当外加电压u和负载电阻确定后，根据不同的光照射可作出不同的光照下光敏电阻伏安特性曲线和负载线，它是一组以输入光通量为参量的通过原点直线组。,说明：,（1) 光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数半导体，当电场强度超过104伏特/厘

23、米 （强光时），不遵守欧姆 定律。硫化镉例外，其伏安特性在100多伏就不成线性了。,（2）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光敏电阻的工作点。,当光通量发生变化时，工作点Q发生变化，流过光敏电阻电流和两端电压都发生改变，根据光敏电阻的等效电路即可知道，光敏电阻两端电压u,RL负载电阻,当光照发生变化时，Rg发生变化， 可变为,电流变化,电流变化，将引起电压u的变化,4）稳定性,光电导探测器的光学性能和电学性能受温度影响较大，随温度升高有的亮阻上升，有的下降，通常用光电导探测器

24、的温度系数来衡量这一性能：,不同材料的器件，光电导探测器有不同的温度系数，一般来说，在弱光照和强光照时Tc较大，中等光照时较小。,5）暗电阻和暗电流：,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10兆，受光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，比值越大，灵敏度越高。,4）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(103104) 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13.4m，峰值响应波长为2m 内阻（暗阻）大约为1M 响应时间约200s,（3）InSb 在77k下,噪声

25、性能大大改善 峰值响应波长为5m 响应时间短（大约5010-9s）,（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814m,工作温度77k，用液氮致冷。,（4）根据不同用途,选用不同特性的光敏电阻。,5） 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；,三、光敏电阻的特点,1、优点：,所测光强范围宽，可测强光、弱光,灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大

26、， 无极性之分,光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度,2、不足：,强光下光电转换线性差,光电导弛豫时间长,受温度影响大,由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗,知识巩固,光敏电阻适于作为 ( ),A、光的测量元件 B、光电导开关元件 C、加热元件 D、发光元件,B,知识巩固,光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下 ( ),A、暗电阻大 B、亮电阻大 C、暗电阻与亮电阻差值大 D、暗电阻与亮电阻差值小,C,知识巩固,光敏电阻作为一种新型的光电导探测器，其工作特性主要表现在 ( ),A、伏安特性 B、稳定性 C、光照特性 D、光敏响应特性,ABCD,思考题,1）光电探测器的物理效应及其特

27、点？,2）光电导效应、光伏效应定义？,3）光电发射效应定义？能量关系及物理意义？产生 光电发射效应的条件?,4）光电探测器特性参数和噪声？,5）光敏电阻的工作特性？,6.4 光电池,利用pn结的光伏效应制成的光电探测器-光伏探测器,与光电导探测器的不同，光伏探测器的内增益M1， 根据工作方式不同可分为光电池和光电二极管。,pn结型光电器件,光照下,正偏置,零偏置,反偏置,单向导电,无光电效应,光电效应,普通二极管的伏安特性：,光伏探测器的总电流：,e电子电荷 u探测器两端电压，,K波尔兹曼常数 T绝对温度，,-光电流,将上式i-u作图，其曲线称为光伏探测器的伏安特性曲线。,第三象限是反偏压状态

28、。这时iD=iS，它是普通二极管中的反向饱和电流，现在称为暗电流(对应于光功率P=0)，数值很小，这时的光电流(等于i-iS)是流过探测器的主要电流，此情况下的外回路特性与光电导相似，对应于光导工作模式-相应探测器-光电二极管。,第一象限是正偏压状态，iD 本来就很大，所以光电流不起重要作用。作为光电探测器，工作在这一区域没有意义。,在第四象限中，外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻RL上的电压或流过RL上的电流来体现，因此，称为光伏工作模式-相应探测器-光电池。,光电池,光电池是一种不需要加偏压的能把光能直接转换成电能

29、的pn结光电器件，,-采用光伏工作模式的光伏探测器,光电池分类,测量光电池-当作光电探测器使用,太阳能电池-用作电源,它的工作模式是光伏工作模式-光伏电池。,太阳能光电池主要用作向负载提供电源，对它的要求主要是光电转换效率高、成本低。由于它具有结构简单、体积小、重量轻、高可靠性、寿命长、可在空间直接将太阳能转换成电能的特点，因此成为航天工业中的重要电源，而且还被广泛地应用于供电困难的场所和一些日用便携电器中。,测量光电池的主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号，此时对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性高、寿命长等。广泛用于红外辐射探测器、光电开关,如

30、图所示，当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合的电路中将产生如图所示的输出电流IL，且负载电阻RL上产生电压降为U。显然，PN结获得的偏置电压U与光电池输出电流IL与负载电阻RL有关，即,1）光电池的工作原理,当以输出电流的IL为电流和电压的正方向时，可以得到如下图所示的伏安特性曲线。,光电池的伏安特性曲线,从曲线可以看出，负载电阻RL所获得的功率为,其中，光电池输出电流IL 包括光生电流、扩散电流 与暗电流等三部分,光电池的等效电路,2）光电池的等效电路,-光电流,-二极管电流,-p-n结漏电流,Rsh-等效泄露电阻,Cj结电容,Rs引线

31、管芯接触电阻,RL负载电阻,Rsh很大，,很小，若不计,影响，则,若将RL短接，忽略RS的影响，则U1=0（二极管的压），iD=0。,表明：光电池在短路工作状态下，光电池的短路电流 与入射的光功率成正比 （ ）,在这状态下工作的光电池可用做光电探测器,3）短路电流和开路电压,负载电阻RL所获得的功率PL与负载电阻的阻值有关，当RL=0（电路为短路）时，U=0，输出功率PL=0；当RL=（电路为开路）时，IL=0，输出功率PL=0；,在短路和开路两种工作状态，光电池均无电功率输出， 当负载电阻为某一Rm时，才得到最大电输出功率Pm。,Rm称为特定照射光功率条件下最佳负载电阻，初略值,由,当RL趋

32、近无穷大时，i=0，光电池输出电压U1即开路电压,4）光电池的工作特性,（1）光谱特性,光电池的光谱特性主要 由材料决定，材料不同， 光谱特性不同。,由图可见，Se光电池在可见光范围内具有高的灵敏度，峰值响应波长在500um左右。特别适用于可见光应用。 Si光电池的光谱响应范围要宽，峰值响应波长在850um 左右，可见光和近红外波段都有广泛应用。,（2）频率特性,对于光电池来说，由于载流子在pn结区内的 扩散漂移，产生与复合都要一定的时间。,光电池的频率特性一般说来不是太好，主要有 以下几个原因：,1）光敏面积一般做的较大，因而极间结电容cj较大， 则响应时间变大，给定RL，,2）光电池工作在

33、第四象限，有较小的正偏压存在，所以光电池的内阻很低，而且随入射功率变化而变化。光功率很小时，内阻变大，频率特性变坏。,（3）温度特性,光电池的温度特性曲线主要指光照射光电池时 开路电压Voc与短路电流Isc随温度变化的情况。,开路电压与短路电流均随温度 而变化，它关系到应用光电池 的仪器设备的温度漂移，影响 到测量或控制精度等主要指标。,当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定， 或采取温度补偿措施,6.5 光电二极管,以光导模式工作的结型光伏探测器-光电二极管,它通常在反偏置条件下工作，即光电导工作模式， 它主要用于可见光以及红外光谱区。,可作光电二极管的材料很多，有Si，Ge，GaAs等

34、， 但是目前常用的时Si光电二极管,结构原理,工作原理,电路符号,小箭头表示正向电流的方向（普通整流二极管中规定的正方向），光电流的方向与之相反。图中的前极为光照面，后极为背光面。,1）光电二极管的结构和原理,2）光电二极管的电流方程和伏安特性,在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样，如图所示。其电流方程为,光电二极管的伏安特性,-暗电流或方向饱和电流,当光辐射作用到光电二极管上时,光电二极管的伏安特性,（1）光电二极管的灵敏度,定义光电二极管的电流灵敏度为入射到光敏面上辐射量的变化（例如通量变化d）引起电流变化dI与辐射量变化之比。,必须指出，电流灵敏度与入射辐射波长的关系是复杂的，定义光电二极管的电流灵敏度时通常定义其峰值响应波长的电流灵敏度为光电二极管的电流灵敏度。,3）光电二极管的工作特性,（2）光