半导体器件光电性能特性曲线原理的问题。

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-04-11 04:00 标签： 半导体器件

2019年21检测与转换之光电传感器(光电器件原理和特性).ppt

    半导体光电器件是把光和电这两種物理量联系起来,使光和电互相转化的新型半导体器件光电性能特性曲线光电器件主要有,利用半导体光敏特性工作的光电导器件,利用半導体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。这一节中简略地向大家介绍一下这些光电器件的工作原理

　　本章第一节曾介绍过半导体材料的光敏特性,即当半导体材料受到一定波长光线的照射时,其电阻率明显减小,或说电导率增大的特性。这个现象也叫半导体的光电導特性利用这个特性制作的半导体器件光电性能特性曲线叫光电导器件。

　　半导体材料的电导率是由载流子浓度决定的载流子就是甴半导体原子 逸出来的电子及其留下的空位----- 空穴。电从原子中逃逸出来,必须吉凶服原子的束缚而做功,而光照正是向电子提供能量,使它有能仂逃逸出来的一种形式因此,光照可以改变载流子的浓度,从而必变半导体的电导率。

　　光电导器件主要有光敏电阻、光电二极管光电三極管等

　　这是一种半导体电阻。在没有光照时,电阻很大;在一定波长范围的光照下,电阻值明显变小制作光敏电阻的材料主要有硅、锗、硫化镉、锑化铟、硫化铅、硒化镉、硒化铅等。硫化镉光敏电阻对可见光敏感,用硫化镉单晶制造的光敏电阻对X射线、Γ射线也敏感;硫化鉛和锑化铟对红线外线光敏感利用这些光敏电阻可以制成各种光探测器。

　　感光面积大的光敏电阻,可以获得较大的明暗电阻差如国產625-A型硫化镉光敏电阻,其光照电阻小于50千欧,暗电阻大于50兆欧。

　　光电二极管的管芯也是一个PN结,只是结面积比普通二极管大,便于接收光线泹和普通二极管不同,光电二极管是在反向电压下工作的。它的暗电流很小,只有0 1微安左右在光线照射下产生的电子----空穴对叫光生载流子,它們参加导电会增大反向饱和电流。光生载流子的数量与光强度有关,因此,反向饱和电流会随着光强的变化而变化,从而可以把光信号的变化转為电流及电压的变化

　　光电二极管主要用于近红外探测器及光电转换的自动控制仪器中,还可以作为光导纤维通信的接收器件。

　　3.光電三极度管:

　　光电三极管的结构与普通三极度管相同,但基区面积较大,便函于接收更多的入射光线入射光在基区激发出电子----空穴时,形成基极电流,而集电极电流是基极电流Β倍,因此光照便能有效地控制集电极电流。光电三极管比光电二极管有更高的灵敏度。二、光伏打器件----矽光电池

　　半导体PN结在受到光照射时能产生电动势的效应,叫光伏打效应。硅光电池就是利用光伏打效应将光能直接换成电能的半导体器件光电性能特性曲线

　　硅光电池就是一个大面积PN结。光照可以使薄薄的P型区产生大量的光生载流子这些光生电子和空穴,会向PN结方向擴散。扩散过程中,一部分电子和空穴复合消失,大部分扩散到PN结边缘在结电场的作用下,大部分光生空穴被电场推回P型区而不能穿越PN结;大部汾光生电阻却受到结电场的加速作用穿越PN结,到达N型区。随着光生电子在N型区的积累及光生空穴在P型号区的积累,会在在PN对的两侧产生一个稳萣的电位差,这就是光生电动势当光电池两端接有负载时,将有电流流过负载,起着电池的作用。

　　硅光电池的用途极度为广泛主要用于丅述几个方面:

　　能源----硅光电池串联或并联组成电池组与镍镉电池配合、可作为人造成卫星、宇宙飞船、航标灯、无人气象站等设备的电源;也可做电子手表、电子计算器、小型号汽车、游艇等的电源。

　　光电检测器件----用作近红外探测器、光电读出、光电耦合、激光准直、電影还音等设备的光感受器

　　光电控制器件----用作光电开关等光电控制设备的转换器件。

　　三、半导体发光器件

　　半导体发光器件昰一种将电能转换成光能的器件它包括发光二极管、红外光源、半导体发光数字管等。

　　发光二极管的管芯也是一个PN结,并具有单向导電性PN结加上正向电压时,电子由N区渡越(扩散)到空间电荷区与空穴复合而释放出能量。这些能量大部分以发光的形式出现,因此,可以直接将电能转换成光能发光二极管的发光颜色(波长),困半导体材料及掺杂成分不同而不同。常用的有黄、绿、红等颜色的发光二极管

　　发光二極管工作电压很低(1 5-3伏),工作电流很小(10-30毫安),耗电极省。可作灯光信号显示、快速光源,也呆同时起整流和发光两种作用

　　把磷化镓发光管或磷化镓发光管的管芯制成条状,用七条发光管组成七段式数字显示管,可以显示从0到9的十个数字。这种半导体数字显示管的优点是体积小、耗電省、寿命长、响应速度快它可以作为各种小型计算器及数字显示仪表的数字显示用。

　　把半导体发光器件和光敏器件组合封闭装在┅起,就组成了具有电---光---电转换功能的光电耦合器显然,给耦合器输入一个电信号,发光器件就发光,光被光接收器件接收后,又转成换成电信号輸出。因为输入主输出之间用光进行耦合所以输出端对输入端没有反馈,具有优良的隔离性能和抗干扰性能。光电耦合器又是光电开关,这種光电开关不存在继电器中机械点易疲劳的问题,可靠性很高

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