《光电检测技术》PPT课件
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它的开路电压Voc随着温度的升高而减小，其值约为2～3mV／oC； 短路电流Isc随着温度的升高而增大，但增大比例很小，约为
10-5～10-3mA/oC数量级。
§3.3 硅光电二极管和硅光电三极管 光电二极管是基于PN结的光电效应工作的，它主要用于可见光及红外
光谱区。光电二极管通常在反偏置条件下工作，也可用在零偏置状态。 制作光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓、碲化铅等，目前在可见光
为0.8～0.9μ m
3.频率特性 下图是硅光电池的频率特性曲线。由图可
见，负载大时频率特性变差，减小负载可减小 时间常数τ ，提高频响。但是负载电阻RL的减 小会使输出电压降低，实际使用时视具体要求 而定。
4．温度特性 光电池的温度特性曲线主要指光照射时它的开路电压Voc与短路电
流Isc随温度变化的情况。光电池的温度曲线如下图所示。
两种工作模式:光伏工作模式和光电导工作模式。
2.光照下PN结的电流方程
有光照 情况
IL I p ID I p I0(eqV / kT 1)
Ip SE E
I L SE E I0 (eqV / kT 1)
SE 为光 电灵敏度
当负载电阻RL断开(IL＝0)时，p端对n端的电压称为开路电压，用Voc表示
(a)结构示意图
工作原理如下图所示，
(b)符号
（c）电极结构
源自文库
为便于透光和减 小串联电阻
硅光电池的电流方程
IL I p ID I p I0(eqV / kT 1)
3.2.2.硅光电池的特性参数 1.光照特性
光照特性主要有伏安特性、照度-电流电压特性和照度-负载特性。 硅光电池的伏安特性，表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。
3.3.2.硅光电三极管 硅光电三极管具有电流放大作用，它的集电极电流受基极电路的电流
当E=0时
式中，ID是结电流，I0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现 的暗电流。
当IL＝0时，RL=∞(开路)时，光电池的开路电压，以Voc表示
Voc
kT ln( I p
q
I0
1)
当RL＝0 时所得的电流称 为光电池短路电流，以
Isc表示
当Ip>>I0
Voc (kT / q) ln(I p / I0 )
区应用最多的是硅光电二极管。
3.3.1.硅光电二极管结构及工作原理
硅光电二极管的结构和工作原理与硅光电池相似，不同的地方是： ①就制作衬底材料的掺杂浓度而言，光电池较高，约为1016～1019原 子数／厘米3，而硅光电二极管掺杂浓度约为1012～1013原子数／厘米 3；②光电池的电阻率低，约为0.1～0.01欧姆／厘米，而硅光电二极 管则为1000欧姆／厘米，③光电池在零偏置下工作，而硅光电二极 管在反向偏置下工作；④一般说来光电池的光敏面面积都比硅光电 二极管的光敏面大得多，因此硅光电二极管的光电流小得多，通常 在微安级。
Voc
kT q
ln(1
Ip I0
)
Ip>>I0
Voc
kT q
ln( I p I0
)
kT q
ln( SE E ) I0
当负载电阻短路(即RL=0)时，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短 路电流，用Isc表示
I sc I p SE E
无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏 安特性曲线相同，二极管就工作在这 个状态，
不同照度时的伏-安特性曲线一般硅光电池工作在 第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏
安特性将延伸到第三象限
硅光电池的电流 方程式
IL I p ID I p I0 (eqV /kT 1) SE E I0 (eqV /kT 1)
I L I0 (eqV / kT 1) I D
第3章 结型光电器件
半导体结型光电器件是利用光生伏特效应来工作的光电探测器件。 结型光电器件包括光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN光电二极管 、雪崩光电二极管、光可控硅、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD） 、光电耦合器件等。 按结的种类不同，可分为PN结型，PIN结型和肖特基结型等。
§3.1 结型光电器件工作原理 3.1.1.热平衡状态下的p-n结
§3.2 硅光电池 光电池的主要功能是在不加偏置的情况下能将光信号转换成电信号。
按用途光电池可分为太阳能光电池和测量光电池 光电池是一个PN结，根据制作PN结材料的不同，光电池有硒光电池，
硅光电池、砷化镓光电池和锗光电池四种。
硅光电池按基底材料不同分为2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是 以P型硅作基底，2CR型光电池则是以N型硅作基底，然后在基底上扩散磷 （或硼）作为受光面。构成PN结后，分别在基底和光敏面上制作输出电 极，涂上二氧化硅作保护膜，即成光电池。如下图所示。
在热平衡条件下，PN结中净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破 坏，这时流过PN结的电流方程为
I D I 0eqV / kT I 0
3.1.2.光照下的p-n 结 1.PN结光伏效应
PN结受光照射时，就会在结区产生电子-空穴对。受内建电场的作用， 空穴顺着电场运动，电子逆电场运动，最后在结区两边产生一个与内建电场 方向相反的光生电动势，这就是光生伏特效应。
I sc I p SE E
式中 SE表示光电池的光电灵敏度，E 表示入射光照度。
2.光谱特性 硅光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下，光电池所
产生的短路电流与入射光波长之间的关系，一般用相对响应表示。 在线性测量中，不仅要求光电池有高的灵敏度和稳定性，同时还要求与人
眼视见函数有相似的光谱响应特性。 下图是2CR型硅光电池的光谱曲线，其响应范围为0.4～1.1μ m，峰值波长
伏安特性曲线处于第一象限。
受光照后，光生电子-空穴对在电场作用下形成大于I0 的光电流，并且方向与I0相同，因此曲线将沿电流轴向下 平移到第四象限，平移的幅度与光照的变化成正比，即
Ip=SEE。光电池就是依据这个原理工作的。
当PN结上加有反偏压时，暗电流随反向偏压的增大有所增大， 最后等于反向饱和电流I0，而光电流Ip几乎与反向电压的高低无关。 光电二极管和光电三极管就工作在这个象限。
10-5～10-3mA/oC数量级。
§3.3 硅光电二极管和硅光电三极管 光电二极管是基于PN结的光电效应工作的，它主要用于可见光及红外
光谱区。光电二极管通常在反偏置条件下工作，也可用在零偏置状态。 制作光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓、碲化铅等，目前在可见光
为0.8～0.9μ m
3.频率特性 下图是硅光电池的频率特性曲线。由图可
见，负载大时频率特性变差，减小负载可减小 时间常数τ ，提高频响。但是负载电阻RL的减 小会使输出电压降低，实际使用时视具体要求 而定。
4．温度特性 光电池的温度特性曲线主要指光照射时它的开路电压Voc与短路电
流Isc随温度变化的情况。光电池的温度曲线如下图所示。
两种工作模式:光伏工作模式和光电导工作模式。
2.光照下PN结的电流方程
有光照 情况
IL I p ID I p I0(eqV / kT 1)
Ip SE E
I L SE E I0 (eqV / kT 1)
SE 为光 电灵敏度
当负载电阻RL断开(IL＝0)时，p端对n端的电压称为开路电压，用Voc表示
(a)结构示意图
工作原理如下图所示，
(b)符号
（c）电极结构
源自文库
为便于透光和减 小串联电阻
硅光电池的电流方程
IL I p ID I p I0(eqV / kT 1)
3.2.2.硅光电池的特性参数 1.光照特性
光照特性主要有伏安特性、照度-电流电压特性和照度-负载特性。 硅光电池的伏安特性，表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。
3.3.2.硅光电三极管 硅光电三极管具有电流放大作用，它的集电极电流受基极电路的电流
当E=0时
式中，ID是结电流，I0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现 的暗电流。
当IL＝0时，RL=∞(开路)时，光电池的开路电压，以Voc表示
Voc
kT ln( I p
q
I0
1)
当RL＝0 时所得的电流称 为光电池短路电流，以
Isc表示
当Ip>>I0
Voc (kT / q) ln(I p / I0 )
区应用最多的是硅光电二极管。
3.3.1.硅光电二极管结构及工作原理
硅光电二极管的结构和工作原理与硅光电池相似，不同的地方是： ①就制作衬底材料的掺杂浓度而言，光电池较高，约为1016～1019原 子数／厘米3，而硅光电二极管掺杂浓度约为1012～1013原子数／厘米 3；②光电池的电阻率低，约为0.1～0.01欧姆／厘米，而硅光电二极 管则为1000欧姆／厘米，③光电池在零偏置下工作，而硅光电二极 管在反向偏置下工作；④一般说来光电池的光敏面面积都比硅光电 二极管的光敏面大得多，因此硅光电二极管的光电流小得多，通常 在微安级。
Voc
kT q
ln(1
Ip I0
)
Ip>>I0
Voc
kT q
ln( I p I0
)
kT q
ln( SE E ) I0
当负载电阻短路(即RL=0)时，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短 路电流，用Isc表示
I sc I p SE E
无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏 安特性曲线相同，二极管就工作在这 个状态，
不同照度时的伏-安特性曲线一般硅光电池工作在 第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏
安特性将延伸到第三象限
硅光电池的电流 方程式
IL I p ID I p I0 (eqV /kT 1) SE E I0 (eqV /kT 1)
I L I0 (eqV / kT 1) I D
第3章 结型光电器件
半导体结型光电器件是利用光生伏特效应来工作的光电探测器件。 结型光电器件包括光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN光电二极管 、雪崩光电二极管、光可控硅、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD） 、光电耦合器件等。 按结的种类不同，可分为PN结型，PIN结型和肖特基结型等。
§3.1 结型光电器件工作原理 3.1.1.热平衡状态下的p-n结
§3.2 硅光电池 光电池的主要功能是在不加偏置的情况下能将光信号转换成电信号。
按用途光电池可分为太阳能光电池和测量光电池 光电池是一个PN结，根据制作PN结材料的不同，光电池有硒光电池，
硅光电池、砷化镓光电池和锗光电池四种。
硅光电池按基底材料不同分为2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是 以P型硅作基底，2CR型光电池则是以N型硅作基底，然后在基底上扩散磷 （或硼）作为受光面。构成PN结后，分别在基底和光敏面上制作输出电 极，涂上二氧化硅作保护膜，即成光电池。如下图所示。
在热平衡条件下，PN结中净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破 坏，这时流过PN结的电流方程为
I D I 0eqV / kT I 0
3.1.2.光照下的p-n 结 1.PN结光伏效应
PN结受光照射时，就会在结区产生电子-空穴对。受内建电场的作用， 空穴顺着电场运动，电子逆电场运动，最后在结区两边产生一个与内建电场 方向相反的光生电动势，这就是光生伏特效应。
I sc I p SE E
式中 SE表示光电池的光电灵敏度，E 表示入射光照度。
2.光谱特性 硅光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下，光电池所
产生的短路电流与入射光波长之间的关系，一般用相对响应表示。 在线性测量中，不仅要求光电池有高的灵敏度和稳定性，同时还要求与人
眼视见函数有相似的光谱响应特性。 下图是2CR型硅光电池的光谱曲线，其响应范围为0.4～1.1μ m，峰值波长
伏安特性曲线处于第一象限。
受光照后，光生电子-空穴对在电场作用下形成大于I0 的光电流，并且方向与I0相同，因此曲线将沿电流轴向下 平移到第四象限，平移的幅度与光照的变化成正比，即
Ip=SEE。光电池就是依据这个原理工作的。
当PN结上加有反偏压时，暗电流随反向偏压的增大有所增大， 最后等于反向饱和电流I0，而光电流Ip几乎与反向电压的高低无关。 光电二极管和光电三极管就工作在这个象限。