光電檢測技術(shù)ppt課件(已修改)
2025-01-31 20:37 本頁面
【正文】 第 3章 結(jié)型光電器件 半導(dǎo)體結(jié)型光電器件是利用光生伏特效應(yīng)來工作的光電探測器件 。 結(jié)型光電器件包括光電池、光電二極管、光電晶體管、 PIN光電二極管、雪崩光電二極管、光可控硅、象限式光電器件、位置敏感探測器（ PSD）、光電耦合器件等。 按結(jié)的種類不同，可分為 PN結(jié)型， PIN結(jié)型和肖特基結(jié)型等。 167。 結(jié)型光電器件工作原理 pn結(jié) 在熱平衡條件下 ， PN結(jié)中凈電流為零 。 如果有外加電壓時結(jié)內(nèi)平衡被破壞 ， 這時流過 PN結(jié)的電流方程為 0/0 IeII kTqVD ?? pn 結(jié) PN結(jié)受光照射時 ， 就會在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子 空穴對 。 受內(nèi)建電場的作用 ，空穴順著電場運(yùn)動 ， 電子逆電場運(yùn)動 ， 最后在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生一個與內(nèi)建電場方向相反的光生電動勢 ， 這就是光生伏特效應(yīng) 。 兩種工作模式 :光伏工作模式和光電導(dǎo)工作模式 。 PN結(jié)的電流方程 有光照情況 )1/(0 ????? kTqVeIpIDIpILI當(dāng)負(fù)載電阻 RL斷開 (IL＝ 0)時， p端對 n端的電壓稱為開路電壓，用 Voc表示 ESI Ep ??)1( /0 ???? kTqVEL eIESI)01ln ( I pIqkTocV ?? )l n()l n(00 IESqkTIIqkTV Epoc???SE 為光電靈敏度 IpI0 當(dāng)負(fù)載電阻短路 (即 RL=0)時 ， 光生電壓接近于零 ， 流過器件的電流叫短路電流 ， 用 Isc表示 ESII Epsc ??? 當(dāng) PN結(jié)上加有反偏壓時，暗電流隨反向偏壓的增大有所增大，最后等于反向飽和電流 I0，而光電流 Ip幾乎與反向電壓的高低無關(guān)。光電二極管和光電三極管就工作在這個象限。 無光照時，伏安特性曲線與一般二極管的伏安特性曲線相同，二極管就工作在這 個狀態(tài)，伏安特性曲線處于第一象限。 受光照后，光生電子 空穴對在電場作用下形成大于 I0的光電流，并且方向與 I0相同，因此曲線將沿電流軸向下平移到第四象限，平移的幅度與光照的變化成正比，即Ip=SEE。光電池就是依據(jù)這個原理工作的。 167。 硅光電池 光電池的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 。按用途光電池可分為太陽能光電池和測量光電池 光電池是一個 PN結(jié)，根據(jù)制作 PN結(jié)材料的不同，光電池有硒光電池，硅光電池、砷化鎵光電池和鍺光電池四種。 硅光電池按基底材料不同分為 2DR型和 2CR型 。 2DR型硅光電池是以 P型硅作基底 ， 2CR型光電池則是以 N型硅作基底 ， 然后在基底上擴(kuò)散磷（ 或硼 ） 作為受光面 。 構(gòu)成 PN結(jié)后 ， 分別在基底和光敏面上制作輸出電極 ， 涂上二氧化硅作保護(hù)膜 ， 即成光電池 。 如下圖所示 。 )1/(0 ????? kTqVeIpIDIpILI工作原理如下圖所示， (a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)符號 （ c）電極結(jié)構(gòu) 為便于透光和減小串聯(lián)電阻 硅光電池的電流方程 光照特性主要有伏安特性 、 照度 電流電壓特性和照度 負(fù)載特性 。 硅光電池的伏安特性 ， 表示輸出電流和電壓隨負(fù)載電阻變化的曲線 。 )1()1( /0/0 ???????? kTqVEkTqVpDpL eIESeIIIIIDkTqVL IeII ????? )1( /0式中， ID是結(jié)電流， I0是反向飽和電流，是光電
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