《光電傳感器修改》ppt課件-全文預覽

　　

【正文】 Ф1 Ф2 Ф3 t0 t1 t2 t3 t Ф (b) 電荷轉移過程 t=t0 t=t1 t=t2 t=t3 0 三相控制是在線陣列的每一個像素上有三個金屬電極 P1,P2,P3,依次在其上施加三個相位不同的控制脈沖 Φ1，Φ2， Φ3， 見圖 （ b） 。 對于 N型硅襯底的 CCD器件 ， 電極加正偏壓時 ， 少數載流子為空穴 。 CCD的最小單元是在 P型（ 或 N型 ） 硅襯底上生長一層厚度約為 120nm的SiO2， 再在 SiO2層上依次沉積鋁電極而構成MOS的電容式轉移器 。 第七節 CCD光電傳感器 二、光固態圖象傳感器 光固態圖象傳感器由 光敏元件陣列 和 電荷轉移器件集合而成 。 光電轉速傳感器原理圖 2 3 1 2 3 1 (a) (b) 光電數字式轉速表工作原理圖 下圖是光電數字式轉速表的工作原理圖。其輸出信號為 0。 光電式邊緣位置傳感器由白熾燈光源、光學系統和光電器件組成，其結構如圖 l0． 30所示。 一般來說 ， 光敏三極管的頻率響應比光敏二極管差 。C 光敏晶體管的溫度特性 （ 4）溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關系。它們之間呈現了近似線性關系。 因此 ， 只要將入射光照在發射極 e與基極 b之間的 PN結附近 ， 所產生的光電流看作基極電流 ， 就可將光敏三極管看作一般的晶體管 。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。 當入射光的波長縮短時 ， 相對靈敏度也下降 ， 這是由于光子在半導體表面附近就被吸收 ， 并且在表面激發的電子空穴對不能到達 PN結 ， 因而使相對靈敏度下降 。 當光線照射在集電結的基區時 ,會產生電子 空穴對 ,在內電場的作用下 ,光生電子被拉到集電極 ,基區留下空穴 ,使基極與發射極間的電壓升高 ,這樣便有大量的電子流向集電極 ,形成輸出電流 ,且集電極電流為光電流的 β倍。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等方面的應用。 P N 光 光敏二極管符號 RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小。 1. 光敏二極管 光敏二極管符號如圖 。 其中最典型的是同質結硅光電二極管 。 它和光電池相比 ， 重要的不同點是 結面積小 ， 因此它的頻率特性特別好 。 若將 PN結兩端用導線連起來 ， 電路中有電流流過 ， 電流的方向由 P區流經外電路至 N區 。 因此 ，它在宇宙飛船 、 衛星 、 太空探測器等電源方面的應用是有發展前途的 。 ?硅光電池價格便宜 ， 轉換效率高 ， 壽命長 ， 適于接受紅外光 。 它有較大面積的 PN結 ， 當光照射在 PN結上時 ，在結的兩端出現電動勢 。C 20 186。 有時為了提高靈敏度 ， 或為了能夠接收較長波段的輻射 ， 將元件降溫使用 。 光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下，幾乎是 無限長 的。 初制成的光敏電阻 ， 由于 體內機構工作不穩定 ，以及 電阻體與其介質的作用還沒有達到平衡 ， 所以性能是不夠穩定的 。 I/ μA （ 5）頻率特性 當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經過一段時間才能達到穩定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。 由曲線可知 ， 在給定偏壓下 ,光照度較大 ， 光電流也越大 。從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內均有較高的靈敏度，峰值在紅外區域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區域。 不同類型光敏電阻光照特性不同 ， 但光照特性曲線均呈非線性 。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。 亮電流： 光敏電阻在某一光照下的阻值 ， 稱為該光照下的亮電阻 。 光敏電阻具有 很高的靈敏度 ， 很好的光譜特性 ，光譜響應可從紫外區到紅外區范圍內 。 這種硫狀電極 ， 由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積 ， 所以提高了光敏電阻的靈敏度 。 5陶瓷基座 。 1光導層 。 ?ch? ? 光敏電阻的結構如圖 。 不足：需要外部電源，有電流時會發熱。以 PN結為例，光線照射 PN結時，設光子能量大于禁帶寬度 Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產生電子空穴對，在阻擋層內電場的作用下，被光激發的電子移向 N區外側，被光激發的空穴移向 P區外側，從而使 P區帶正電， N區帶負電，形成光電動勢。 ??? ??? hch為了實現能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度 Eg，即 （ 2） 光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現象叫做光生伏特效應 。基于這種效應的光電器件有光敏電阻。 ?光電子逸出物體表面具有初始動能 mv02 /2 ，因此外光電效應器件（如光電管）即使沒有加陽極電壓，也會有光電子產生。 不同的物質具有不同的逸出功 ，即每一個物體都有一個對應的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。s； ν— 光的頻率（ s1） 根據愛因斯坦假設，一個電子只能接受一個光子的能量，所以要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功，超過部分的能量表現為逸出電子的動能。 光電效應分為外光電效應和內光電效應兩大類 外光電效應 在光線的作用下 ， 物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象 稱為外光電效應 。秒）。穴帶中的一個電子可以吸收外界能量而躍遷到導帶中去，在價帶中形成一個空穴。半導體材料的禁帶寬度介于導體和絕緣體之間，因而它的導電能力也介于兩者之間。把 EC與 EV之差記作 Eg，稱為禁帶寬度或帶隙。如果價帶中的電子受熱或光的激發，則受激發的電子就會躍遷到上面的導帶中去。固體物理學告訴我們，單晶中各個原子的最外層軌道是互相重疊的，這樣就使分立的能級變成了能帶。第四章 光電式傳感器 第一節 概述 第二節 外光電效應器件 第三節 內光電效應器件 第四節 新型光電傳感器 第五節 光敏傳感器的應用舉例 光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件 ， 它是把 光信號 （ 紅外 、 可見及紫外光輻射 ） 轉變成為電信號的器件 。在各個原子之間保持一定的距離，是由于在各原子之間存在著互相作用力的結構，這些結合力就是共價鍵。在溫度低至絕對零度的情況下，晶體中的電子均在價帶之中，而導帶是完全空著的。在 EC和 EV之間是不可能有電子的，故稱為禁帶。導體材料的 Eg=0，因此它表現出良好的導電性能。空位的作用好象一個帶正電的粒子，在半導體物理學上把它叫作空穴。在輻射躍遷的情況下，釋放出一個頻率為： 的光子，其中 h是普朗克常數（ 1034焦耳 光電傳感器的工作原理基于光電效應 。 光子是具有能量的粒子，每個光子的能量： E=hν h— 普朗克常數， 1034J ?光電子能否產生 ， 取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功 A0。即光強愈大，意味著入射光子數目越多，逸出的電子數也就越多。根據工作原理的不同，內光電效應分為 光電導效應 和 光生伏特效應 兩類： （ 1）光電導效應 在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，而引起材料電導率的變化，這種現象被稱為光電導效應 。 式中 ν、 λ分別為入射光的頻率和波長。 接觸的半導體和 PN結中，當光線照射其接觸區域時，便引起光電動勢， 這就是結光電效應。 優點：靈敏