【正文】 狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng) 。 內(nèi)光電效應(yīng) 過(guò)程： 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí) ， 價(jià)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(jià)帶越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導(dǎo)率變大 。 式中 ν、 λ分別為入射光的頻率和波長(zhǎng)。 基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管 、三極管 。 接觸的半導(dǎo)體和 PN結(jié)中，當(dāng)光線照射其接觸區(qū)域時(shí)，便引起光電動(dòng)勢(shì)， 這就是結(jié)光電效應(yīng)。 利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電器件 稱(chēng) 內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。 第二節(jié) 內(nèi)光電效應(yīng)器件 1. 光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu) 當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí) ， 若光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料 ， 而且光輻射能量又足夠強(qiáng) ， 光導(dǎo)材料價(jià)帶上的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去 ， 從而使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加 ， 致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大 。 一種光電導(dǎo)體 ， 存在一個(gè)照射光的波長(zhǎng)限 λC， 只有波長(zhǎng)小于 λC的光照射在光電導(dǎo)體上 ， 才能產(chǎn)生電子在能級(jí)間的躍遷 ， 從而使光電導(dǎo)體電導(dǎo)率增加 。 管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體 。 為了獲得高的靈敏度 ， 光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案 ， 結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖 。 2玻璃窗口 。 4電極 。 6黑色絕緣玻璃 。 RG 1 2 3 4 5 6 7 (a)結(jié)構(gòu) (b)電極 (c)符號(hào) 它是在一定的掩模下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的 。 圖 （ c） 是光敏電阻的代表符號(hào) 。 如果把光敏電阻連接到外電路中 ， 在外加電壓的作用下 ， 用光照射就能改變電路中電流的大小 ， 其連線電路如圖所示 。 而且體積小 、重量輕 、 性能穩(wěn)定 、 價(jià)格便宜 ， 因此應(yīng)用比較廣泛 。 此時(shí)在給定電壓下流過(guò)的電流 。 此時(shí)流過(guò)的電流 。 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。 實(shí)用的光敏電阻的暗電阻往往超過(guò) 1MΩ,甚至高達(dá)100MΩ，而亮電阻則在幾 kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在 102～ 106之間，可見(jiàn)光敏電阻的靈敏度很高。 在一定外加電壓下 ，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系 。因此它不宜作定量檢測(cè)元件 ， 這是光敏電阻的不足之處 。 0 1 2 3 4 5 I/mA L/lx 1000 2022 （ 3）光譜特性 光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類(lèi)結(jié)合起來(lái)考慮，才能獲得滿(mǎn)意的效果。 圖中曲線 2分別表示照度為 零 及照度為 某值 時(shí)的伏安特性 。 在一定的光照度下 ， 所加的電壓越大 ， 光電流越大 ， 而且無(wú)飽和現(xiàn) 50 100 150 200 1 2 U/V 0 20 40 象 。超過(guò)最高工作電壓和最大額定電流 ， 可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞 。由于不同材料的光敏 20 40 60 80 100 I / % f / Hz 0 10 102 103 104 電阻 時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖。 硫化鉛 硫化鎘 （ 6）穩(wěn)定性 圖中曲線 2分別表示兩種型號(hào) CdS光敏電阻的穩(wěn)定性 。 但在人為地加溫 、 光照及加負(fù)載情況下 ， 經(jīng)一至二周的老化 ， 性能可達(dá)穩(wěn)定 。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)。 （ 7）溫度特性 其性能 (靈敏度 、 暗電阻 )受溫度的影響較大 。 硫化鎘的光電流 I和溫度 T的關(guān)系如圖所示 。 例如 ， 可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低 。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。C 二、光電池 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件 。 它是基于光生伏特效應(yīng)制成的 ， 是發(fā)電式有源元件 。 命名方式： 把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱(chēng)冠于光電池 (或太陽(yáng)能電池 )之前 。 目前 ,應(yīng)用最廣 、 最有發(fā)展前途的是硅光電池 。 ?硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、 壽命短 ， 適于接收可見(jiàn)光 (響應(yīng)峰值波長(zhǎng) )， 最適宜制造照度計(jì) 。 且工作溫度最高 ， 更耐受宇宙射線的輻射 。 光電池的示意圖 硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示 。 當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時(shí) ， 如果光子能量足夠大 ， 將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子 空穴對(duì) ， 在 N區(qū)聚積負(fù)電荷 ， P區(qū)聚積正電荷 ，這樣 N區(qū)和 P區(qū)之間出現(xiàn)電位差 。 若將外電路斷開(kāi) ， 就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì) 。 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 圖 光電池符號(hào)和基本工作電路 三、光敏二極管和光敏三極管 光電二極管和光電池一樣 ， 其 基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè) PN結(jié) 。 光生電勢(shì)與光電池相同 ， 但輸出電流普遍比光電池小 ， 一般為幾 μA到幾十 μA。 按結(jié)構(gòu)分 ， 有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分 。 國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類(lèi)型不同，分為 2CU和 2DU兩種系列。 2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而 2DU系列光電二極管有三條引線。 鍺光敏二極管有 A， B， C， D四類(lèi)；硅光敏二極管有 2CU1A～ D系列 、 2DU1～ 4系列 。光敏二極管在電路中一般是處于 反向工作狀態(tài) ， 如圖所示 。反向電流也叫做 暗電流 ．當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。 2. 光敏三極管 光敏三極管有 PNP型和 NPN型兩種，如圖。當(dāng)集電極加上正電壓 ,基極開(kāi)路時(shí) ,集電極處于反向偏置狀態(tài)。 P P N N N P e b b c RL E e c 光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng) 。 因?yàn)楣庾幽芰刻?， 不足以激發(fā)電子空穴對(duì) 。 （ 1）光譜特性 相對(duì)靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。鍺的峰值波長(zhǎng)為 15000197。故在可見(jiàn)光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí) ， 一般選用硅管；但對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)時(shí) ,則采用鍺管較合適 。 光敏三極管在不同的照度下的伏安特性 ， 就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣 。 光敏三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào) ， 而且輸出的電信號(hào)較大 。它給出了光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關(guān)系。當(dāng)光照足夠大 (幾 klx)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開(kāi)關(guān)元件。C 25 0 50 100 0 200 300 400 10 20 30 40 50 60 70 80 T/186。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。 光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響 ， 減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng) 。 對(duì)于鍺管 ， 入射光的調(diào)制