光生伏特效應及器件

1、2022-3-61 第二節(jié)第二節(jié) 光電傳感器光電傳感器2 2 本章學習光電效應、光電本章學習光電效應、光電元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及光電傳感器以及光電傳感器 徐徐 琳琳2022-3-62 一一 內(nèi)光電效應及器件內(nèi)光電效應及器件 當光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應，它多發(fā)生于半導體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應分為光電導效應和光生伏特效應兩類： 1 光電導效應及器件 (1)光電導效應 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)，而引起材料電導率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導效應?；谶@種效應的光電器件有光敏電阻

2、。2022-3-63過程：過程：當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導率變大。導帶價帶禁帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價電子所占能帶Eg2022-3-64材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導材料，總存在一個照射光波長限0，只有波長小于0的光照射在光電導體上，才能產(chǎn)生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電導率增加。式中、分別為入射光的頻率和波長。 Eg24. 1hch為了實現(xiàn)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2022-3-65光敏電

3、阻光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu)金屬電極半導體玻璃底板電源檢流計RLEI(a)(b)(c)Ra 光敏電阻結(jié)構(gòu) (a) 光敏電阻結(jié)構(gòu)； (b) 光敏電阻電極； (c) 光敏電阻接線圖2022-3-66光敏電阻演示 當光敏當光敏電阻受到光電阻受到光照時，照時，光生光生電子電子空穴空穴對增加，對增加，阻阻值減小，電值減小，電流增大。流增大。暗電流（越小越好）暗電流（越小越好）2022-3-67光電池的示意圖+光PNSiO2RL(a) 光電池的結(jié)構(gòu)圖I光(b) 光電池的工作原理示意圖 P N2 光生伏特效應及器件 光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應。 基于該效應的

4、光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。 光電池 光電池是利用光生伏特效應把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。 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。2022-3-682022-3-69光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理 光敏二極管符號如圖。 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)反向工作狀態(tài)，如圖所示。PN光光敏二極管符號RL 光PN光敏二極管接線 2022-3-610光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理2022-3-611光敏二極管外形光敏二極管外形 將光敏二極管的將光敏二極管的PN 結(jié)設置在透明

5、管結(jié)設置在透明管殼頂部的正下方，光殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的照射到光敏二極管的PN結(jié)時，電子結(jié)時，電子-空穴空穴對數(shù)量增加，光電流對數(shù)量增加，光電流與照度成正比。與照度成正比。 2022-3-612 光敏二極管的反向偏置接線光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示（參考上頁圖）及光電特性演示 在沒有光照時，由于二在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。（暗電流）很小。 當當光照增加光照增加時，時，光電流光電流I與光照度成正與光照度成正比關(guān)系。比關(guān)系。 光敏光敏二二極管的極管的反向偏反向偏置接法置接法UO+光照光照2022-3-613

6、光敏三極管光敏三極管 光敏三極管有兩光敏三極管有兩個個PN結(jié)結(jié)。與普通。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光三極管相似，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敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，有引出線，只有正負（只有正負（c、e）兩個引腳，兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。上很難區(qū)別。 2022-3-614光敏三極管光敏三極管有PNP型和NPN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,以擴大光的照射面積,且其基極不接引線。當集電極加上正電壓,基極開路時,集電極處于反向

7、偏置狀態(tài)。當光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時,會產(chǎn)生電子-空穴對,在內(nèi)電場的作用下,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倍。 PPNNNPe b bc RL Eec2022-3-615光敏三極管2022-3-6162022-3-617NNP2022-3-618光敏三極管外形光敏三極管外形 2022-3-619光敏三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)光敏三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu) a) 內(nèi)部組成內(nèi)部組成 b)管芯結(jié)構(gòu)管芯結(jié)構(gòu) c）結(jié)構(gòu)簡化圖結(jié)構(gòu)簡化圖 1集電極引腳集電極引腳 2管芯管芯 3外殼外殼 4玻璃聚光鏡玻璃聚光鏡 5發(fā)射極引腳發(fā)射極引腳 6N+