光生伏特效應(yīng)及器件.ppt

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1、第二節(jié)光電傳感器2本章學(xué)習(xí)光電效應(yīng)、光電元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及光電傳感器徐琳8/31/20211一內(nèi)光電效應(yīng)及器件當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率ρ發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類：1光電導(dǎo)效應(yīng)及器件(1)光電導(dǎo)效應(yīng)在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。<#>8/31/20212過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于

2、禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，如圖，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價(jià)電子所占能帶Eg8/31/20213材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對(duì)于一種光電導(dǎo)材料，總存在一個(gè)照射光波長(zhǎng)限λ0，只有波長(zhǎng)小于λ0的光照射在光電導(dǎo)體上，才能產(chǎn)生電子能級(jí)間的躍進(jìn)，從而使光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。式中ν、λ分別為入射光的頻率和波長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度Eg，即8/31/20214⑵光敏電阻①光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu)(a

3、)光敏電阻結(jié)構(gòu)；(b)光敏電阻電極；(c)光敏電阻接線圖8/31/20215②光敏電阻演示當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子—空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）8/31/20216光電池的示意圖+光PN－SiO2RL(a)光電池的結(jié)構(gòu)圖I光(b)光電池的工作原理示意圖PN2光生伏特效應(yīng)及器件⑴光生伏特效應(yīng)在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。⑵光電池光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。①光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。8/31

4、/202178/31/20218⑶光敏二極管①光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理光敏二極管符號(hào)如圖。光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，如圖所示。PN光光敏二極管符號(hào)RL光PN光敏二極管接線8/31/20219光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)。光敏二極管的光照特性是線性的，適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。RL光PNPN光⑶光敏二極管①光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理8/31/202110②光敏二極管外形將光敏二極管的PN結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏

5、二極管的PN結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。8/31/202111③光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示在沒有光照時(shí)，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。當(dāng)光照增加時(shí)，光電流IΦ與光照度成正比關(guān)系。光敏二極管的反向偏置接法UO+—光照8/31/202112光敏三極管光敏三極管有兩個(gè)PN結(jié)。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負(fù)（c、e）兩個(gè)引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。8/31/202113⑷光敏三極管光敏三極管有PNP型和NP

6、N型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一邊做的很大,以擴(kuò)大光的照射面積,且其基極不接引線。當(dāng)集電極加上正電壓,基極開路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)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。PPNNNPebbcRLEec8/31/202114集電結(jié)一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積，且基極一般不接引線。PPNbecNNPebc⑷光敏三極管8/31/20211

7、5普通三極管ICIBeEBECIERCRbcbNNP8/31/202116光敏三極管基區(qū)很薄，基極一般不接引線；集電極面積較大。ICeECIERCcNNPb8/31/202117光敏三極管外形8/31/202118光敏三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)a)內(nèi)部組成b)管芯結(jié)構(gòu)c）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖1—集電極引腳2—管芯3—外殼4—玻璃聚光鏡5—發(fā)射極引腳6—N+襯底7—N型集電區(qū)8—SiO2保護(hù)圈9—集電結(jié)10—P型基區(qū)11—N型發(fā)射區(qū)12—發(fā)射結(jié)8/31/202119硅光敏晶體管的光譜特性電磁波頻譜8/31/202120