半導體光電傳感器1.半導體的光吸收EgECEVhv本征吸收激子吸收自由載流子吸收雜質(zhì)吸收++外光電效應在光線作用下，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3.光電管光電管的基本特性（1）光照特性

通常指當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系。（2）光譜特性對不同波長區(qū)域的光，應選用不同材料的光電陰極。保持光通量和陰極電壓不變，陽極電流與光波長之間的關系。3.光電管光電管的基本特性-應用光電傳感器的主要依據(jù)參數(shù)。（3）伏安特性當極間電壓高于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。玻璃光電導層電極絕緣襯底金屬殼黑色絕緣玻璃引線(B)典型結構(A)刻線式結構電極電極光導體光敏電阻器的封裝結構4.光電導效應器件-光敏電阻器b.結構C設計提高光電導效應的措施A降溫B選高阻半導體材料影響光敏電阻（光電導管）靈敏度的因素若一塊均勻N型CdS半導體，穩(wěn)態(tài)條件下，光電導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)額及電極間距的關系。產(chǎn)生率：光電管單位體積每秒吸收光子數(shù)；4.光電導效應器件-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，此時流過的電流稱為亮電流。4.光電導效應器件-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.光電導效應器件-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）表面減反射層的性質(zhì)與厚度；（d）器件結構。

光敏器件都具有光譜選擇性，光譜響應主要決定于：E基本特性4.光電導效應器件-光敏電阻器

（4）響應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。通常用響應時間t表示。光電導的弛豫現(xiàn)象：頻率特性差是光敏電阻的一個缺點。當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，表示響應速度E基本特性4.光電導效應器件-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。溫度對光譜特性影響4.光電導效應器件-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.光生伏特效應器件-光電池（a）工作原理WaferAssemblyModuleassemblyConstructionofPVsystem5.光生伏特效應器件-光電池（b）太陽能光伏5.光生伏特效應器件-光電池（c）光電池基本特性溫度特性保當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)制光頻率變化的關系。頻率特性與材料、結構尺寸和使用條件等有關。(a)結構5.光生伏特效應器件-光電二極管有光照時反偏PN結能帶圖結構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。電路

5.光生伏特效應器件-光電二極管PIN結光電二極管與一般光敏二極管的區(qū)別在于P區(qū)和N區(qū)之間增加了一層很厚的高電阻率的本征半導體（I）。同時將P層做得很薄。由于P層很薄，大量的光子被較厚的I層吸收，激發(fā)較多的載流子形成光電流；響應速度快，靈敏度高，線性好，用于光通訊，光測量。光照特性5.光生伏特效應器件-光電二、三極管（c）基本特性線性適合檢測等方面的應用。近似線性，既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關元件。（c）基本特性5.光生伏特效應器件-光電二、三極管可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般都用硅管。但對紅外光的探測，用鍺管較為適宜。光譜特性伏安特性三極管的偏壓對光電流有明顯的影響，偏壓較小時，光電流隨著偏壓的增大而增大，偏壓增大到一定程度時，光電流處于近似飽和狀態(tài)。5.光生伏特效應器件-光電二、三極管（c）基本特性溫度特性溫度變化對光電流影響很小,而對暗電流影響很大,所以在電子線路中應該對暗電流進行溫度補償,否則將會導致輸出誤差。光敏晶體管5.光生伏特效應器件光敏二極管的應用無光照時，光敏二極管反向截止，R1上的壓降VA很小，T1和T2截止，繼電器J不動作，路燈保持亮；

有光照時，光敏二極管反向電阻下降，VA上升T1和T2導通，J動作常閉端打開，路燈保持亮。白天燈滅，晚上燈亮，起到自動控制的作用。光電路燈控制電路5.光生伏特效應器件-光控晶閘管

晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a)雙晶體管模型b)工作原理光控晶閘管結構與原理外形和電路符號

5.光生伏特效應器件-光電二、三極管光控晶閘管結構與原理只要有足夠強度的光源照射一下管子的受光窗口，它就立即成為通導狀態(tài)，而后即使撤離光源也能維持導通，除非加在陽極和陰極之間的電壓為零或反相，才能關閉。

三種模式：光伏型、光導型和場效應型靈敏度高，非線性較大線性應用通過RG在柵上加負電壓，無光照，管截止。有光照時，在柵源PN結處產(chǎn)生光生電動勢，光生電流流過RG。6.光敏場效應晶體管7.光電耦合器件光隔離器發(fā)光元件和光電傳感器封裝在一個外殼內(nèi)組合而成。光電耦合器以光為媒介進行耦合來傳遞電信號，可實現(xiàn)電隔離，在電氣上實現(xiàn)絕緣耦合，因而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。7.光電耦合器件光電傳感器

光電轉(zhuǎn)速傳感器-透射、反射8.電荷耦合器件(a)結構和工作原理使源端半導體表面達到強反型的柵壓。閾值電壓VT=VFB+VB+Vox源端強反型時的VGS平帶電壓降在MOS結構上的自建勢降在半導體上的壓降，強反型時為－2φf

降在柵氧化層上的壓降QBM/Cox8.電荷耦合器件結構和工作原理(a)柵壓UG較小時，MOS電容器處于耗盡狀態(tài)。(b)柵壓UG增大到開啟電壓Uth時,半導體表面的費米能級高于禁帶中央能極,半導體表面上的電子層稱為反型層。(a)光注入(b)電注入(c)硅本身熱激發(fā)注入勢阱中電荷產(chǎn)生方法：8.電荷耦合器件存儲與轉(zhuǎn)移信息電荷。(c)在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照確定的方向。

（a）必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢阱相互溝通。(b)控制相鄰MOC電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢阱深淺，使信號電荷由勢阱淺的地方流向勢阱深處。信號電荷的轉(zhuǎn)換CCD的基本功能特性參數(shù)8.電荷耦合器件(1)轉(zhuǎn)移效率當CCD中電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)移到另一個勢阱時，若Q1為轉(zhuǎn)移一次后的電荷量，Q0為原始電荷，則轉(zhuǎn)移效率定義為若轉(zhuǎn)移損耗定義為則電荷進行N次轉(zhuǎn)移時，總轉(zhuǎn)移效率為要求轉(zhuǎn)移效率必須達到99.9