【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如果存在外加磁場(chǎng)，也可使得擴(kuò)散中的兩種載流子向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生光生電勢(shì)。通常把丹倍效應(yīng)和光磁電效應(yīng)成為體積光生伏特效應(yīng)。光電二極管和光電三極管即為光電伏特器件。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和普通二極管相似，只是它的PN結(jié)裝在管殼頂部，光線通過(guò)透鏡制成的窗口，可以集中照射在PN結(jié)上，圖1（a）是其結(jié)構(gòu)示意圖。光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)，如圖1（b）所示。 我們知道，PN結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無(wú)光照時(shí)P區(qū)中少數(shù)載流子(電子)和N區(qū)中的少數(shù)載流子(空穴)都很少，因此反向電流很小。但是當(dāng)光照PN結(jié)時(shí)，只要光子能量h大于材料的禁帶寬度，就會(huì)在PN結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子—空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)少數(shù)載流子濃度大大增加，它們?cè)谕饧臃聪螂妷汉蚉N結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，分別在兩個(gè)方向上渡越PN結(jié)，使反向電流明顯增大。如果入射光的照度變化，光生電子—空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過(guò)外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng)，光敏二極管就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。光電二極管的基本特性（1）暗電流光電二極管在一定偏壓，當(dāng)沒(méi)有光照的情況下，即黑暗環(huán)境中，所測(cè)得的電流值即為光電二極管的暗電流。（2）光電流光電二極管在一定偏壓，當(dāng)有光電照的情況下，所測(cè)得的電流值即為光電二極管在某特定光照下的光電流。（3）光照特性光電二極管在一定偏壓下，當(dāng)入射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，通過(guò)光電二極管的電流隨之變化，即為光電二極管的光照特性。反向偏壓工作狀態(tài)下，在外加電壓E和負(fù)載電阻RL的很大變化范圍內(nèi)，光電流與入照光功率均具有很好的線性關(guān)系；在無(wú)偏壓工作狀態(tài)下，只有RL較小時(shí)光電流與入照光功率成正比，RL增大時(shí)光電流與光功率呈非線性關(guān)系。圖2 光電二極管的光照特性（4）伏安特性在一定光照條件下，光電二極管的輸出光電流與偏壓的關(guān)系稱為伏安特性。光電二極管的伏安特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：I=I0[1－exp (qV/kT)]＋I(xiàn)L其中I0是無(wú)光照的反向飽和電流，V是二極管的端電壓（正向電壓為正，反向電壓為負(fù)），q為電子電荷，k為波耳茲常數(shù)，T為PN結(jié)的溫度，單位為K，IL為無(wú)偏壓狀態(tài)下光照時(shí)的短路電流，它與光照時(shí)的光功率成正比。(光電二極管的伏安特性如下圖所示) 圖3 光電二極管的伏安特性曲線（5）時(shí)間響應(yīng)特性光敏晶體管受調(diào)制光照射時(shí)，相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性。減少負(fù)載電阻能提高響應(yīng)頻率，但輸出降低。實(shí)驗(yàn)證明，光電器件的信號(hào)的產(chǎn)生和消失不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化，會(huì)有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示。即當(dāng)入射輻射到光電探測(cè)器后或入射輻射遮斷后，光電探測(cè)器的輸出升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間。為衡量其長(zhǎng)短，常用時(shí)間常數(shù)τ的大小來(lái)表示。當(dāng)用一個(gè)輻射脈沖光電探測(cè)器，如果這個(gè)脈沖的上升和下降時(shí)間很短，如方波，則光電探測(cè)器的輸出由于器件的惰性而有延遲，把從10%上升到90%峰值處所需的時(shí)間稱為探測(cè)器的上升時(shí)間，而把從90%下降到10%所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間。（6）光譜特性一般光電二極管的光譜響應(yīng)特性表示在入射光能量保持一定的條件下，光電二極管在一定偏壓下所產(chǎn)生光電流與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系。一般用相對(duì)響應(yīng)表示，實(shí)驗(yàn)中光電二極管的響應(yīng)范圍為400~1100nm，峰值波長(zhǎng)為800~900nm，由于實(shí)驗(yàn)儀器所提供的波長(zhǎng)范圍為400~650nm，因此，實(shí)驗(yàn)所測(cè)出的光譜響應(yīng)曲線呈上升趨勢(shì)。 五、注意事項(xiàng)當(dāng)電壓表和電流表顯示為“1＿”是說(shuō)明超過(guò)量程，應(yīng)更換為合適量程；連線之前保證電源關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，請(qǐng)勿同時(shí)撥開(kāi)兩種或兩種以上的光源開(kāi)關(guān)，這樣會(huì)造成實(shí)驗(yàn)所測(cè)試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。光電二極管偏壓不要接反。六、實(shí)驗(yàn)步驟下面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為光電二極管的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)之前請(qǐng)拆卸結(jié)構(gòu)件，將光電二極管結(jié)構(gòu)件裝入對(duì)應(yīng)光器件插座中。光電二極管暗電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖如圖4所示，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，光電二極管的暗電流非常小，只有nA數(shù)量級(jí)。這樣，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，對(duì)電流表的要求較高，本實(shí)驗(yàn)中，采用電路中串聯(lián)大電阻的方法，將圖4中的RL改為1M，再利用歐姆定律計(jì)算出支路中的電流即為所測(cè)器件的暗電流，如圖4所示。圖4（1）組裝好光通路組件，將照度計(jì)顯示表頭與光通路組件照度計(jì)探頭輸出正負(fù)極對(duì)應(yīng)相連（紅為正極，黑為負(fù)極），將光源調(diào)制單元J4與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連。（2）“光源驅(qū)動(dòng)單元”的三擲開(kāi)關(guān)BM2撥到“靜態(tài)特性”，將撥位開(kāi)關(guān)S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7均撥下。（3）“光照度調(diào)節(jié)”調(diào)到最小，連接好光照度計(jì)，直流電源調(diào)至最小，打開(kāi)照度計(jì)，此時(shí)照度計(jì)的讀數(shù)應(yīng)為0。（4）將電壓表直接與電源兩端相連（5）按圖4所示的電路連接電路圖，負(fù)載RL選擇RL=1M。（6）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓，并將電流表與電壓表讀數(shù)記入下表。(注:在測(cè)試暗電流時(shí),應(yīng)先將光電器件置于黑暗環(huán)境中30分鐘以上,否則測(cè)試過(guò)程中電壓表需一段時(shí)間后才可穩(wěn)定)（7）實(shí)驗(yàn)完畢，直流電源調(diào)至最小,關(guān)閉電源，拆除所有連線。電源電壓（V）暗電流（mA）光電二極管光電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如圖5所示。圖5（1）組裝好光通路組件，將照度計(jì)顯示表頭與光通路組件照度計(jì)探頭輸出正負(fù)極對(duì)應(yīng)相連（紅為正極，黑為負(fù)極），將光源調(diào)制單元J4與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連。（2）“光源驅(qū)動(dòng)單元”的三擲開(kāi)關(guān)BM2撥到“靜態(tài)特性”，將撥位開(kāi)關(guān)S1撥上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均撥下。（3）按圖5連接電路圖， RL取RL4=1K歐。（4）打開(kāi)電源,緩慢調(diào)節(jié)光照度調(diào)節(jié)電位器，直到光照為300lx（約為環(huán)境光照），緩慢調(diào)節(jié)直流調(diào)節(jié)電位器到電壓表顯示為6V，請(qǐng)出此時(shí)電流表的讀數(shù)，即為光電二極管在偏壓6V，光照300lx時(shí)的光