题目内容
（请给出正确答案）
[判断题]
光电器件对半导体材料特性的要求中，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。（）
答案
正确
重要提示：请勿将账号共享给其他人使用，违者账号将被封禁！
查看《购买须知》>>>
请输入或粘贴题目内容
搜题
拍照、语音搜题，请扫码下载APP
题目内容
（请给出正确答案）
答案
正确
更多“光电器件对半导体材料特性的要求中，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。（）”相关的问题
第5题
A.机械式灵敏度高，价格也便宜
B.机械式灵敏度高，价格也较高
C.光电式灵敏度高，价格也便宜
D.光电式灵敏度高，价格也较高
第9题
光电探测器件频率特性与时间特性的测试
实验目的
(1)使学生进一步了解和掌握光电探测器件的响应度不仅与信号光的波长有关，而且与信号光的调制频率有关；
(2)掌握发光二极管的电流调整法；
(3)熟悉测量探测器件时间特性与频率特性的方法。
实验内容
(1)输入正弦波信号测量光电探测器件的频率特性。
(2)输入脉冲方波信号测量光电探测器件的时间特性。
(3)熟悉线路连接，掌握发光二极管的电流调整方法。
实验使用的仪器和器材
(1)信号发生器 1台
(2)双踪示波器 1台
(3)晶体管毫伏表 1台
(4)直流稳压电源 1台
(5)万用表 1只
(6)毫伏表 1只
(7)发光二极管(GaAs与可见光发光二极管)与光敏电阻、硅光电二、三极管(3DU型)各一支。
(8)普通晶体二极管1支。晶体三极管3支(3DK2支，3DG121支)。
(9)电解电容器(100μF/16V)3支，线路图中所示阻值的电阻12支。
实验原理
通常，光电探测器件输出的电信号都要在时间上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器件的输出相对于输入的光信号要发生沿时间轴上的扩展，这种响应落后于作用信号的特性称为惰性。由于惰性的存在，会使先后作用的信号在输出端相互交叠，从而降低了信号的调制度。如果探测器观测的是随时间快速变化的物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。因此，深入了解探测器的时间响应特性是十分必要的。
而光电探测器件的频率特性，是指该器件对交变入射光的响应能力。并且，它与器件响应的时间常数有关，时间常数越小，上限频率越高，响应时间越快。下面就介绍一下它们的原理。
1．脉冲响应
我们将响应落后于作用信号的现象称为弛豫。对于信号开始作用时的弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。
这种弛豫时间的具体定义是，如果阶跃信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的(1-1/e)(即63%)时所需的时间；衰减弛豫定义为信号散去后，探测器的响应下降到稳定值的1/e(即37%)所需的时间。这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。另一种定义弛豫时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。这种定义多用于响应速度很快的器件，如光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管等。
若光电测试器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为[1-exp(-t/τ1)]，衰减响应函数为exp(-t/τ2)，则根据第一种定义，起始弛豫时间为τ1，衰减弛豫时间为τ2。
此外，如果测出了光电探测器件的单位冲激响应函数，这可直接用其半值宽度来表示时间特性。为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源，即δ函数光源，可以采用脉冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。在通常的测试中，更方便的是采用具有单位阶跃函数形式亮度分布的光源。从而得到单位阶跃响应函数，进而可确定响应时间。
2．幅频特性
由于光电探测器惰性的存在，使得其响应度不仅与入射辐射的波长有关，而且还是入射辐射调制频率的函数。这种函数关系，还与入射光强信号的波形有关。通常定义光电探测器件对正弦光信号的响应幅值同调制频率间的关系为它的幅频特性。许多光电探测器件的幅频特性具有如下形式
式中，A(ω)表示归一化后的幅频特性；ω=2πf为调制圆频率；f为调整频率；τ即为响应时间常数。
在实验中，可以测得探测器的输出电压U(ω)为
式中，U0为探测器在入射光调制频率为零时的输出电压。这样，如果测得调制频率为f1时的输出信号电压U1和调制频率为f2时的输出信号电压U2，就可由下式确定响应的时间常数
由于许多光电探测器件的幅频特性都可由式(5-1)描述，人们为了更方便地表示这种特性，引出上限截止频率fm。它的定义是当输出信号功率降至超低频一半时，即信号电压降至超低频信号电压的70.7%时的调制频率。故fm频率点又称为三分贝点或拐点。由式(5-1)可知
式中，时间常数τ=RLCj，其中，RL为负载电阻，Cj为光电池或光电二极管的结电容。实际上，用截止频率描述时间特性是由式(5-1)定义的τ参数的另一种形式。
3．频率特性与时间特性常用测试方式
一般，评价某一光电器件的频率特性与时间特性常分别用下面两种方式：
(1)当光器件用于接收正弦信号时，随着频率的增加，输出的光电流会减小。在输出光的相对幅值下降至零频的0.707(-3dB)时，对应的入射光交变频率就称为光电器件的最高工作频率fm(或称截止频率或上限频率)。如下图所示。
(2)当光器件用于接收方波信号时，常使用响应时间τresp来表示光电器件对入射光信号的反应速度，如下图所示。
由图可见，当入射光信号是一个矩形脉冲时，光电器件的输出波形将有延迟。响应时间τresp包括了开通延迟时间to、脉冲上升时间tr和脉冲下降时间tf。这些参数的定义(见上图)分别为：在规定的工作条件下(即一定的反向电压和一定的负载电阻值)，硅光电器件输出电脉冲对输入光脉冲的延迟称为开通延迟时间t。(即从脉冲开始点到前沿的10%计算)；输出电脉冲前沿所需的时间称为脉冲上升时间tr(即脉冲前沿幅度10%到90%所需时间)；输出电脉冲后沿所需时间为脉冲下降时间tr(即输出电脉冲的后沿幅度90%到10%所需的时间)。显然，响应时间τresp越小的光电器件，其工作截止频率越高。由式(5-4)知，对某一光电器件来说，其截止频率主要由结电容和负载电阻来决定。
实验线路
1．测定频率特性的实验线路
测定fm的实验线路如下图所示。这里使用GaAs红外发光二极管HG412作为快速光源(其截止频率为1MHz)。由光电器件手册上查出其正向压降UF=1.2V，最大工作电流为50mA，反向耐压≤4V。与发光二极管并联的普通二极管D，用来保护发光二极管不会被击穿。
2．测定时间特性的实验线路
测定响应时间τresp的实验线路如下图所示。与上图不同的是，发光二极管的驱动是一个方波脉冲。
需要说明的是，使用上述测试电路是为了使学生熟悉线路的连接。如果直接有脉冲信号源，也可采用下列简单线路。如测硅光电池等光伏型器件的时间特性可用下面图所示的线路(测光电二、三极管则需加偏压)；测光导型器件—光敏电阻时间特性可用第二个图所示线路。
第11题
光电发射效应检测器件——光电倍增管特性测试
实验目的
(1)通过对光电倍增管典型特性参数的测量，使同学们进一步掌握光电倍增管的特性参数及其测试方法。
(2)掌握光电倍增管的供电与输出电路，学会怎样选用倍增管及在使用倍增管时所要注意的要点与事项。
实验内容
(1)测量暗电流
(2)测量放大倍数
(3)测量阳极光照灵敏度
实验原理
光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统(光电阴极到第一个倍增极D1之间的系统)、二次发射倍增系统及阳极等部分组成。
下图所示为光电倍增管工作原理示意图。从图中可以看出，当光子入射到光电阴极面K上时，只要光子能量高于光电发射阈值，光电阴极就将产生电子发射。发射到真空中的电子在电场和电子光学系统的作用下，经电子限束器电极F(相当于孔径光阑)会聚并加速运动到第一倍增极D1上，第一倍增极发射出的电子在高动能电子的作用下，将发射比入射电子数目更多的二次电子(即倍增发射电子)。第一倍增发射出的电子在第一与第二倍增之间电场的作用下高速运动到第二倍增极。同样，在第二倍增极上产生电子倍增。依次类推，经过n级倍增极倍增后，电子被放大n次。最后，被放大n次的电子被阳极收集，形成阳极电流Ia，Ia将在负载电阻RL上产生电压降，从而形成输出电压Uo。
下面介绍本实验涉及的特性参数。
1．放大倍数(电流增益)
在一定的工作电压下，光电倍增管的阳极电流和阴极电流之比称为管子的放大倍数M或电流增益G。
M(或G)=
式中，Ia为阳极电流；Ik为阴极电流。显然，放大倍数也可以按一定工作电压下的阳极响应度和阴极响应度的比值来确定。
2．阳极光照灵敏度
由阴极灵敏度
由式(1-1)，又可得阳极灵敏度为
Sa=MSk(1-3)
下图所示的是某光电倍增管阳极灵敏度和放大倍数随工作电压而变化的函数关系曲线。
3．暗电流Id
光电倍增管的暗电流是指无光照时，加有电源的光电倍增管的输出电流。
(1)引起暗电流的因素
引起暗电流的因素有如下几点：
①光电阴极和第一倍增极的热电子发射。在室温下，即使无光照也会有部分电子逸出表面，并经倍增放大到达阳极成为暗电流。这是PMT的主要暗电流。
②极间漏电流。由于光电倍增管各级绝缘强度不够，或极间灰尘放电而引起的漏电流。
③离子和光的反馈作用。由于抽真空技术限制，管内总存在一些残余气体，它们被运动电子碰撞电离，这种电离的电子经放大而形成暗电流。并且，这些离子打在管壁上产生荧光，再反射至阴极而造成光反馈，也可形成暗电流。
④场致发射。场致发射是一种自持放电。其原因是因为电极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高电压下(一般场强达105V/cm或极间电压UD≥200V)才发生。
⑤放射性同位素和宇宙射线的影响。因PMT的光窗材料含K40(钾)，它衰变产生一种发光的β粒子；宇宙射线中的μ介子穿过窗而成为光子。它们射到光电阴极上，又可产生一种暗电流。通常，可采用一种无钾的石英窗来大大减弱这种暗电流。
(2)减少暗电流Id的方法
减少暗电流Id的方法主要是选好PMT的极间电压。有了合适的极间电压可避开光反馈、场致发射及宇宙射线等造成的不稳定状态的影响。其余还可按下述方法来减少：
①在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成分来补偿；
②在倍增输出电路中加一选频或锁相放大滤掉暗电流；
③利用冷却法减小热电子发射等。
实验所用仪器设备
(1)光电倍增管 GDB-23及其供电与输出电路；
(2)光点检流计；
(3)光电倍增管高压直流电源；
(4)数字电压表或万用表；
(5)暗箱或黑布等。
实验注意事项
(1)光电倍增管的光电响应极高，在没有完全隔离光辐射作用的情况下，切勿对管子施加工作电压，否则会损坏阳极和最后几级倍增极。为此，一定要注意必须先检查好后，才能打开高压电源。
(2)当IA过大时，会使光电倍增管老化和衰老，做实验时，应控制阳极电流IA在100μA以内。
(3)无特殊情况不应插拔或更换倍增管。
(4)开高压电源时，高压电源需预热2分钟，开高压前一定要对电路及光路进行检查。
(5)实验结束后，或改换实验项目时，一定要关掉高压电源和光源，并把检流计置于“短路”位置。最后把实验装置恢复原样。
