光電傳感器修改ppt課件-wenkub

　

【正文】 ， 也會有光電子射出 。外光電效應多發生于金屬和金屬氧化物，從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過 109s。 向外發射的電子叫做光電子 。不同的半導體單晶材料的 Eg值不同，光發波長也不同，因為電子和空穴都是處于能帶之中，不同的電子和空穴的能級有所差別，復合發光的波長有所差別，但其頻率接近于 γ。反之，導帶中的一個電子也可以躍遷到價帶中去，在價帶中填補一個空穴，把這一過程叫做復合。 當價帶中一個電子被激發到導帶中，在價帶中就留下了一個電子的空位。如果 Eg較大，則需要較大的激勵能量把價帶中的電子激發到導帶中去。這樣一來，晶體材料就可以導電了。 與原子的最多層軌道的價電子相對應的能帶叫做價帶 。 第一節 半導體的光電效應 一 、 半導體的光吸收 當光照射到半導體材料上時 ， 價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價帶越過禁帶躍入導帶 ， 如圖 ， 使材料中導帶內的電子和價帶內的空穴濃度增加 ， 從而使電導率變大 。 導帶 價帶 禁帶 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價電子所占能帶 Eg 半導體單晶材料的原子是按一定規律緊密排列的。 價帶上面的能帶稱為導帶 。把導帶底的能量記作 EC，把價帶頂的能量記作 EV。對于絕緣體材料，由于禁帶寬度 Eg很大，價帶中的電子很難遷到導帶中去，因而它表現出良好的絕緣性能。在電場的作用下，價帶中鄰近的電子就會填補這個空位，而把它自己的位置空出來，這就好象空位本身在電場的作用下產生移動一樣。在復合時，電子把大約等于禁帶寬度 Eg的能量釋放出來。 ? ? Ehg二 、 半導體的光導效應 三 、 半導體的光生伏特效應 一 、 光電效應 是指物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量 ， 從而產生的電效應 。 基于外光電效應的光電器件有光電管 、 光電倍增管等 。 根據能量守恒定理 m— 電子質量； v0— 電子逸出速度； A0表面電子逸出功 02021 Amh ?? ??該方程稱為愛因斯坦光電效應方程。 ?當入射光的頻譜成分不變時，產生的光電流與光強成正比。 當光照射在物體上，使物體的電阻率 ρ發生變化，或產生光生電動勢的現象 叫做內光電效應，它多發生于半導體內。 導帶 價帶 禁帶 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價電子所占能帶 Eg 材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導材料，總存在一個照射光波長限 λ0，只有波長小于 λ0的光照射在光電導體上，才能產生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電導率增加。 ① 勢壘效應 （ 結光電效應 ） 。 一、光敏電阻 光敏電阻又稱光導管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導效應，其阻值隨光照增強而減小。 為實現能級的躍遷 ，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度 Eg， 即 hν= = ≥Eg(eV) 式中 ν和 λ— 入射光的頻率和波長 。 光導體吸收光子而產生的光電效應 ， 只限于光照的表面薄層 ， 雖然產生的載流子也有少數擴散到內部去 ， 但擴散深度有 A 金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結構圖 光導電材料 絕緣襯低 引線 電極 引線 光電導體 限 ， 因此光電導體一般都做成薄層 。 3金屬外殼 。 7電阻引線 。 CdS光敏電阻的結構和符號 光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響 ， 因此要將導光電導體嚴密封裝在玻璃殼體中 。 RG RL E I 2. 光敏電阻的主要參數和基本特性 （ 1）暗電阻、亮電阻、光電流 暗電流： 光敏電阻在室溫條件下 ， 全暗 （ 無光照射 ）后經過一定時間測量的電阻值 ， 稱為暗電阻 。 光電流： 亮電流與暗電流之差 。 （ 2）光照特性 下圖表示 CdS光敏電阻的光照特性 。 一般在自動控制系統中用作光電開關 。 20 40 60 80 100 40 80 120 160 200 240 λ/μm 3 1 2 相對靈敏度 1—— 硫化鎘 2—— 硒化鎘 3—— 硫化鉛 （ 4） 伏安特性 在一定照度下 ， 加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關系稱為伏安特性 。 但是電壓不能無限地增大 ， 因為任何光敏電阻都受額定功率 、 最高工作電壓和額定電流的限制 。 硫化鉛 的使用頻率比 硫化鎘 高得多，但多數光敏電阻的 時延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應的場合。 光敏電阻在開始一段時間的老化過程中 ， 有些樣品阻值上升 ， I / % 40 80 120 160 2 1 T/h 0 400 800 1200 1600 有些樣品阻值下降，但最后達到一個穩定值后就不再變了。 隨著溫度的升高 ， 其暗電阻和靈敏度下降 ， 光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動 。 I / μA 100 150 200 50 10 30 50 10 30 T / 186。 由于它可把太陽能直接變電能 ， 因此又稱為太陽能電池 。 如 ， 硒光電池 、 砷化鎵光電池 、 硅光電池等 。 ?砷化鎵光電池轉換效率比硅光電池稍高 ， 光譜響應特性則與太陽光譜最吻合 。 它是在一塊 N型硅片上用擴散的辦法摻入一些 P型雜質 (如硼 )形成 PN結 。 1. 光電池的結構和工作原理 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光電池的結構圖 I 光 (b) 光電池的工作原理示意圖 P N 光電池的表示符號 、 基本電路及等效電路如圖所示 。 按材料分 ， 光電二極管有硅 、 砷化鎵 、 銻化銦光電二極管等許多種 。 2CU系列以 NSi為襯底， 2DU系列以 PSi為襯底。 光敏二極管的結構與一般二極管相似 、 它裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結裝在管頂 ， 可直接受到光照射 。當光不照射時，光敏二極管處于載止狀態，這時只有少數載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流； 受光照射時， PN結附近受光子轟擊，吸收其能量而產生電子 空穴對，從而使 P區和 N區的少數載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內電場的作用下， P區的少數載流子渡越阻擋層進入 N區， N區的少數載流子渡越阻擋層進入 P區，從而使通過 PN結的反向電流大為增加，這就形成了光電流 。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發射極一邊做的很大 ,以擴大光的照射面積 ,且其基極不接引線。 當入射光的波長增加時 ， 相對靈敏度要下降 。 4000 8000 12022 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長為 9000197。 0 500lx 1000lx 1500lx 2022lx 2500lx I/mA 2 4 6 20 40 60 80 光敏晶體管的伏安特性 （ 2）伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示 。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 60