半導(dǎo)體傳感器ppt課件-資料下載頁
2025-05-04 18:29本頁面
【正文】 號的光輻射探測器。 ? 一般光電器件是檢測在一定波長范圍內(nèi)的光強(qiáng)度或光子數(shù)目。而色敏器件可以直接測量從可見光到近遠(yuǎn)紅外波段內(nèi)單色輻射波長。 色敏傳感器 47 光電二極管的工作原理 對于用半導(dǎo)體硅制造的光電二極管 ， 在受光照射時 ， 若入射光子的能量 hυ大于硅的禁帶寬度 Eg， 則光子就激發(fā)價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶而產(chǎn)生一對電子 空穴 。 這些由光子激發(fā)而產(chǎn)生的電子 空穴統(tǒng)稱為光生載流子 。ＰＮ結(jié) ， 產(chǎn)生的光生載流子只要能擴(kuò)散到勢壘區(qū)的邊界 ， 其中少數(shù)載流子 （ P區(qū)中的電子和 N 區(qū)的空穴 ） 就受勢壘區(qū)強(qiáng)電場的吸引而被拉向?qū)γ鎱^(qū)域 ， 這部分少數(shù)載流子對電流作出貢獻(xiàn) 。 多數(shù)載流子 （ P區(qū)中的空穴或 N區(qū)中的電子 ） 則受勢壘區(qū)電場的排斥而留在勢壘區(qū)的邊緣 。 在勢壘區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生電子和光生空穴 ， 則分別被電場掃向 N區(qū)和 P區(qū) ， 它們對電流也有貢獻(xiàn) 。 48 光在半導(dǎo)體中傳播時的衰減是由于價帶電子吸收光子而從價帶躍遷到導(dǎo)帶的結(jié)果，這種吸收光子的過程稱為本征吸收。硅的本征吸收系數(shù)隨入射光波長變化的曲線如圖所示。由圖可見，在紅外部分吸收系數(shù)小，紫外部分吸收系數(shù)大。這就表明， 波長短的光子衰減快，穿透深度較淺，而波長長的光子則能進(jìn)入硅的較深區(qū)域。 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 810210110－ 110－ 23 3 0 K7 7 K1061051041031021011波長 ? / ? m穿透深度(1 / ?) /?m吸收系數(shù)? / cm－1103SiGeG a A s49 ? 半導(dǎo)體色敏傳感器相當(dāng)于兩只結(jié)構(gòu)不同的光電二極管組合，實(shí)際不是三極管而是兩個深淺不同的 PN結(jié)，又稱光電雙結(jié)二極管。 ? 當(dāng)有光照射時， P+、 N、 P三個區(qū)域光子吸收效果不同，紫外光部分吸收系數(shù)大，距離短；紅外部分吸收系數(shù)小，穿透距離長，構(gòu)成可以測定波長的半導(dǎo)體色敏傳感器。 50 ? 波長短的光子衰減快，穿透深度較淺， 波長長的光子衰減較慢，能穿透硅片較深區(qū)域。 ? 淺結(jié)的光電二極管對紫外光靈敏度高， 深結(jié)的光電二極管對紅外光靈敏度高； ? 這一特征為色敏器件提供了識別顏色的可能。 ? 具體應(yīng)用時需要的對器件進(jìn)行標(biāo)定，測定不同波長時兩只二極管的短路電流比值，通過判別兩只光電二極管光電流的大小判別顏色。 51 ? 檢測光波長（顏色）處理電路 —— 彩色信號處理電路，用二極管 PN結(jié)做反饋元件，利用二極管正向?qū)ǖ姆蔡匦猿芍笖?shù)規(guī)律變化，構(gòu)成運(yùn)算放大器電路。 I1 I2 52 I1 是淺結(jié)二極管的短路電流，它在短波區(qū)較大； I2 是深結(jié)二極管的短路電流，它在長波區(qū)較大 由此確定二者比值與入射波長關(guān)系，所以色彩識別必須獲得兩個光電二極管的短路電流比； ?采用對數(shù)放大器，電流較小時二極管兩端電壓存在近似對數(shù)關(guān)系。 OP OP2輸出分別與 I I2成比例，由 OP3取出差值。經(jīng)后續(xù) A/D轉(zhuǎn)換電路處理后輸出。 ? ? ? ?0 2 1 2 1l n l n l n /U C I I C I I? ? ?C為比例常數(shù)，使用前需對色敏器件進(jìn)行標(biāo)定。
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