半導(dǎo)體敏感元件(光敏

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1、半導(dǎo)體光電傳感器1.半導(dǎo)體的光吸收EgECEVhv本征吸收激子吸收自由載流子吸收雜質(zhì)吸收++2.光電效應(yīng)在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化(光電導(dǎo)效應(yīng))或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)）。內(nèi)光電效應(yīng)熱平衡無光照時PN結(jié)能帶圖有光照時PN結(jié)能帶圖外光電效應(yīng)在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。光電倍增管光電管真空光電管的伏安特性2.光電效應(yīng)3.光電管光電管的基本特性（1）光照特性通常指當(dāng)光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時，光通量與光電流之間的關(guān)系。（2）光譜特性對不同波長區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。保持光通量和陰

2、極電壓不變，陽極電流與光波長之間的關(guān)系。3.光電管光電管的基本特性-應(yīng)用光電傳感器的主要依據(jù)參數(shù)。（3）伏安特性當(dāng)極間電壓高于50V時，光電流開始飽和，所有的光電子都達到了陽極。真空光電管一般工作于飽和部分。（4）其他特性暗電流：無光照射時，光電流不為0。溫度特性：受溫度的影響。穩(wěn)定性和衰老：短期穩(wěn)定性好；入射光越強，衰老速度快。4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器光敏電阻器及其測量電路無光照時有光照時本征光電導(dǎo)雜質(zhì)光電導(dǎo)雜質(zhì)吸收系數(shù)小于本征吸收系數(shù)，雜質(zhì)中激發(fā)的光生載流子濃度較小a.工作原理玻璃光電導(dǎo)層電極絕緣襯底金屬殼黑色絕緣玻璃引線(B)典型

3、結(jié)構(gòu)(A)刻線式結(jié)構(gòu)電極電極光導(dǎo)體光敏電阻器的封裝結(jié)構(gòu)4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器b.結(jié)構(gòu)C設(shè)計提高光電導(dǎo)效應(yīng)的措施A降溫B選高阻半導(dǎo)體材料影響光敏電阻（光電導(dǎo)管）靈敏度的因素若一塊均勻N型CdS半導(dǎo)體，穩(wěn)態(tài)條件下，光電導(dǎo)主要由電子貢獻已知：光電增益為光生電流；光電管每秒吸收光子數(shù)；為量子產(chǎn)額；產(chǎn)生非平衡載流子的光子數(shù)吸收光子數(shù)嘗試推導(dǎo)光電增益（靈敏度）與載流子壽命、遷移率、外加電壓、量子產(chǎn)額及電極間距的關(guān)系。產(chǎn)生率：光電管單位體積每秒吸收光子數(shù)；4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器D主要參數(shù)光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻，此時

4、流過的電流稱為亮電流。4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器（1）暗電阻和暗電流光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時流過的電流，稱為暗電流。（2）亮電阻（3）光電流亮電流與暗電流之差，稱為光電流。E基本特性4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器（1）伏安特性（2）光照特性光照特性呈非線性，不宜作為測量元件，常用作開關(guān)式光電信號傳感元件。最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。E基本特性4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器（3）光譜特性（a）表面層的反射與吸收；（b）材料的禁帶寬度；（c）表面減反射

5、層的性質(zhì)與厚度；（d）器件結(jié)構(gòu)。光敏器件都具有光譜選擇性，光譜響應(yīng)主要決定于：E基本特性4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器（4）響應(yīng)時間和頻率特性光電流的變化對于光的變化，在時間上有一個滯后。通常用響應(yīng)時間t表示。光電導(dǎo)的弛豫現(xiàn)象：頻率特性差是光敏電阻的一個缺點。當(dāng)光突然照到光電二極管上時，輸出信號從峰值的10%上升到90%的時間，表示響應(yīng)速度E基本特性4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器電阻溫度系數(shù):硫化鎘光敏電阻的溫度特性（5）溫度特性硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性降溫提高光敏電阻對長波光的響應(yīng)。溫度對光譜特性影響農(nóng)作物日照時數(shù)測定。輸出接單片機的I

6、/O口，每2分鐘對此口查詢1次，為高電平，計數(shù)一次，為低電平，不計數(shù)。1天查詢720次。無光照V0=VL，有光照V0=VH。光照時間H。F應(yīng)用4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器光照度計4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器G類型按最佳波長分類（1）對紫外光（波長300~400nm）主要ZnO、ZnS、CdS等材料制作;（3）對紅外光（波長760~6000nm）主要Pb、PbSe等材料制作;（2）對可見光（波長400~760nm）主要Se、Si、BiS、Ge等材料制作;短路電流：開路電壓：5.光生伏特效應(yīng)器件-光電池（a）工作原理WaferAssembly

7、ModuleassemblyConstructionofPVsystem5.光生伏特效應(yīng)器件-光電池（b）太陽能光伏光照特性5.光生伏特效應(yīng)器件-光電池（c）光電池基本特性注：負載電阻越小，光電流與照度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。光譜特性：光電池的光譜特性取決于材料。注:光電池的選用與光源結(jié)合。5.光生伏特效應(yīng)器件-光電池（c）光電池基本特性溫度特性保當(dāng)光電池作為測量元件時，最好能持溫度恒定，或采取溫度補償措施。頻率特性輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系。頻率特性與材料、結(jié)構(gòu)尺寸和使用條件等有關(guān)。(a)結(jié)構(gòu)5.光生伏特效應(yīng)器件-光電二極管有光

8、照時反偏PN結(jié)能帶圖結(jié)構(gòu)符號與管芯截面伏安特性(b)工作原理-工作在反向偏壓下情況和光電池相比，結(jié)面積小，頻率特性特別好，電流普遍比光電池小，一般幾微安到幾十微安。