光电探测器响应时间实验研究光电探测器响应时间实验研究 摘摘 要要 近几十年来，光电探测器在光通信、国防探测、信号处理、传感系统和测量系统 等高精尖科技领域得到广泛的应用，在信息为导向的时代，时间就是生命，提高速度 的需求日益紧迫，提高光电探测器响应速度的努力几乎从诞生它的一刻起就没停止过。 本实验主要研究光敏电阻和光电二极管的响应时间。理论分析先从光敏电阻的光谱响 应特性、照度伏安特性、频率响应、温度特性和前历效应来考察它的工作影响因素， 确定光敏电阻响应时间与其入射光的照度、所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所 经历的时间的关系。从光电二极管的模型分析，我们知道光电二极管的响应时间有三 个方面决定：光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；光生载流子在耗尽层内的漂 移时间；与负载电阻并联的结电容所决定的电路时间常数。文中将详细分析计算对 比三个时间的数量级，以确定提高响应速度的最有效途径，并提出改善光电二极管的 有效方法和 PIN 模型。实验研究时，采用近似脉冲的光源，经探测器的输出信号输入 快速响应的 CS-1022 型示波器，在示波器上直接读出响应时间，分析实验结果，得出 影响探测器响应时间的因素。 关键词：关键词：光电探测器，响应时间，半导体，影响因素 Abstract In recent decades, photoelectric detectors have been widely used in high-tech areas such as optical communications, national defense detection and signal processing, sensing system and measurement system .in the era which leaded by information, time is life. Improving speed increasingly is urgent needs of photoelectric detector. To improve the response speed, effort havent been stopped from birth to its moment. This experiment mainly researchs photoconductive resistance and photoelectric diode response time. The theoretical analysis studys photoconductive resistance properties, intensity of illumination volt-ampere characteristics, frequency response and temperature characteristic and former calendar effect to examine its working influence factors, and find out the influencing factors between photoconductive resistance response time and incident light intensity of illumination, voltage, load resistance and the time experienced before intensity of illumination change. From the model analysis of the photoelectric diode, we know that the response time of the photoelectric diode has three aspects: (1) The diffusion time of photon-generated carrier near depletion layer.(2) The drift time of photon-generated carrier in depletion layer .(3) The constant of the circuit decided by junction capacitor which parallel with the load resistance . The detailed analysis and calculation of the order of magnitude of three time will be contrasted to determine the effective ways to improve photoelectric diodes reaction speed,and the effective PIN model.In the experimental study, we use a pulse generator as light source, and the detector pulse output signal input quick response CS - 1022 type scillograph. So we can read direct response time in oscilloscope directly, then analyze the results, find out the factors which affect the probe response time. Key word: Photoelectric detector, response time, semiconductor, influencing factors 目目 录录 1 绪 论 .1 1.1 光电探测器发展历程 .1 1.2 近年高速探测器的发展成果 .2 1.3 光电探测器的分类 .4 1.4 光电探测器的物理基础 .6 2 典型光电探测器响应时间的研究 .10 2.1 光电导探测器.10 2.1.1 光电转换原理 .10 2.1.2 工作特性分析 .12 2.1.3 时间响应特性及改善.16 2.2 PN 结光伏探测器 .17 2.2.1 光电转换原理 .17 2.2.2 光伏探测器的工作模式 .18 2.2.3 Si 光电二极管的构造与特性分析.20 2.2.4 频率响应特性及改善探讨 .23 3 光电探测器响应时间实验研究.31 3.1 实验原理 .31 3.1.1 脉冲响应.31 3.1.2 幅频特性.32 3.2 实验仪器 .33 3.3 实验步骤 .34 3.4 实验结果与分析 .36 结 论 .38 参 考 文 献 .39 致 谢 .40 1 1 绪绪 论论 自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时， 电子学也突飞猛进地向前发展。光学和电子学紧密联合形成了光电子学这一崭新的学 科。由此发展起来的光电子高新技术，已深入到人们生活的各个领域，从光纤通信， 镭射唱盘到海湾战争中的现代化武器，都和光电子技术密切相关。而光电探测器则是 光电子系统中不可缺少的重要器件。可以毫不夸大地说，没有光电探测器件，就没有 今天的光电子学系统。 1.1 光电探测器发展历程光电探测器发展历程 1873 年，英国 W.史密斯发现硒的光电导效应，但是这种效应长期处于探索研究阶 段，未获实际应用。第二次世界大战以后，随着半导体的发展，各种新的光电导材料 不断出现。在可见光波段方面，到 50 年代中期，性能良好的硫化镉、硒化镉光敏电阻 和红外波段的硫化铅光电探测器都已投入使用。60 年代初，中远红外波段灵敏的 Ge、Si 掺杂光电导探测器研制成功，典型的例子是工作在 35 微米和 814 微米波段 的 Ge:Au（锗掺金）和 Ge:Hg 光电导探测器。70 年代，HgCdTe、PbSnTe 等可变禁带 宽度的三元系材料的研究取得进展。至今，光电导探测器在军事和国民经济的各个领 域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光 度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体 的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜 靶面都用高阻多晶材料,如 PbS-PbO、Sb2S3 等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整 个靶面由约 10 万个单独探测器组成。 同样，光伏探测器等利用不同光电效应、光热效应制成的各种光电探测器也得到 飞速的发展。由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其它半导体器件 集成，是光源的最理想探测器，广泛应用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。 尤其在近代高速信息传输的需求推动下，光伏探测器的响应频率从几百兆发展到几十