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++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(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系。（2）光譜特性對(duì)不同波長(zhǎng)區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。保持光通量和陰極電壓不變，陽極電流與光波長(zhǎng)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(shí)，光電流開始飽和，所有的光電子都達(dá)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(shí)，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(qiáng)，衰老速度快。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(jì)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(xiàn)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(shí)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(shí)間測(cè)量的電阻值，稱為暗電阻。此時(shí)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（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(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(shí)間和頻率特性光電流的變化對(duì)于光的變化，在時(shí)間上有一個(gè)滯后。通常用響應(yīng)時(shí)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(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)光突然照到光電二極管上時(shí)，輸出信號(hào)從峰值的10%上升到90%的時(shí)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(duì)長(zhǎng)波光的響應(yīng)。溫度對(duì)光譜特性影響4.光電導(dǎo)效應(yīng)器件-光敏電阻器G類型按最佳波長(zhǎng)分類（1）對(duì)紫外光（波長(zhǎng)300~400nm）主要ZnO、ZnS、CdS等材料制作;（3）對(duì)紅外光（波長(zhǎng)760~6000nm）主要Pb、PbSe等材料制作;（2）對(duì)可見光（波長(zhǎng)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WaferAssemblyModuleassemblyConstructionofPVsystem5.光生伏特效應(yīng)器件-光電池（b）太陽能光伏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(cè)量元件時(shí)，最好能持溫度恒定，或采取溫度補(bǔ)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-光電二極管有光照時(shí)反偏PN結(jié)能帶圖結(jié)構(gòu)符號(hào)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。電路

5.光生伏特效應(yīng)器件-光電二極管PIN結(jié)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(dǎo)體（I）。同時(shí)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(yīng)速度快，靈敏度高，線性好，用于光通訊，光測(cè)量。光照特性5.光生伏特效應(yīng)器件-光電二、三極管（c）基本特性線性適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。近似線性，既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。（c）基本特性5.光生伏特效應(yīng)器件-光電二、三極管可見光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。但對(duì)紅外光的探測(cè)，用鍺管較為適宜。光譜特性伏安特性三極管的偏壓對(duì)光電流有明顯的影響，偏壓較小時(shí)，光電流隨著偏壓的增大而增大，偏壓增大到一定程度時(shí)，光電流處于近似飽和狀態(tài)。5.光生伏特效應(yīng)器件-光電二、三極管（c）基本特性溫度特性溫度變化對(duì)光電流影響很小,而對(duì)暗電流影響很大,所以在電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償,否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。光敏晶體管5.光生伏特效應(yīng)器件光敏二極管的應(yīng)用無光照時(shí)，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(dòng)作，路燈保持亮；

有光照時(shí)，光敏二極管反向電阻下降，VA上升T1和T2導(dǎo)通，J動(dòng)作常閉端打開，路燈保持亮。白天燈滅，晚上燈亮，起到自動(dòng)控制的作用。光電路燈控制電路5.光生伏特效應(yīng)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(jié)構(gòu)與原理外形和電路符號(hào)

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

三種模式：光伏型、光導(dǎo)型和場(chǎng)效應(yīng)型靈敏度高，非線性較大線性應(yīng)用通過RG在柵上加負(fù)電壓，無光照，管截止。有光照時(shí)，在柵源PN結(jié)處產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，光生電流流過RG。6.光敏場(chǎng)效應(yīng)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(gè)外殼內(nèi)組合而成。光電耦合器以光為媒介進(jìn)行耦合來傳遞電信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)電隔離，在電氣上實(shí)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(jié)構(gòu)和工作原理使源端半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型的柵壓。閾值電壓VT=VFB+VB+Vox源端強(qiáng)反型時(shí)的VGS平帶電壓降在MOS結(jié)構(gòu)上的自建勢(shì)降在半導(dǎo)體上的壓降，強(qiáng)反型時(shí)為－2φf

降在柵氧化層上的壓降QBM/Cox8.電荷耦合器件結(jié)構(gòu)和工作原理(a)柵壓UG較小時(shí)，MOS電容器處于耗盡狀態(tài)。(b)柵壓UG增大到開啟電壓Uth時(shí),半導(dǎo)體表面的費(fèi)米能級(jí)高于禁帶中央能極,半導(dǎo)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(shì)阱中電荷產(chǎn)生方法：8.電荷耦合器件存儲(chǔ)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(shì)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(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處。信號(hào)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(dāng)CCD中電荷包從一個(gè)勢(shì)阱轉(zhuǎn)移到另一個(gè)勢(shì)阱時(shí)，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(jìn)行N次轉(zhuǎn)移時(shí)，總轉(zhuǎn)移效率為要求轉(zhuǎn)移效率必須達(dá)到99.9