【正文】 長(zhǎng) 的。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)波段的輻射，將元件降溫使用。 I / μA 100 150 200 50 10 30 50 10 30 T / 186。C 20 186。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能，因此又稱為太陽(yáng)能電池。它有較大面積的 PN結(jié)，當(dāng)光照射在 PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。 ?硅光電池價(jià)格便宜， 轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光 。 ?砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽(yáng)光譜最吻合。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。它是在一塊 N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些 P型雜質(zhì) (如硼 )形成 PN結(jié)。若將 PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來(lái)，電路中有電流流過(guò)，電流的方向由 P區(qū)流經(jīng)外電路至 N區(qū)。 1. 光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光電池的結(jié)構(gòu)圖 I 光 (b) 光電池的工作原理示意圖 P N 光電池的表示符號(hào) 、 基本電路及等效電路如圖所示 。 短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線 2. 基本特性 開(kāi)路電壓 短路電流 短路電流 短路電流，指外接負(fù)載相對(duì)于光電池內(nèi)阻而言是很小的。 下圖表示硒光電池在不同負(fù)載電阻時(shí)的光照特性。 0 2 4 6 8 10 I/mA L/klx 50Ω 100Ω 1000Ω 5000Ω RL=0 20 40 60 80 100 I / % 1 2 λ/μm (2) 光譜特性 光電池的光譜特性決定于材料。硅光電池應(yīng)用的范圍 400nm— 1100nm，峰值波長(zhǎng)在 850nm附近，因此硅光電池可以在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。光電池的頻率響應(yīng)就是指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系。圖示為光電池的頻率響應(yīng)曲線。 20 40 60 80 100 0 I / % 1 2 3 4 5 1 2 f / kHz 1—— 硒光電池 2—— 硅光電池 （ 4）溫度特性 光電池的溫度特性是指開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的關(guān)系。 20 0 40 60 90 40 60 UOC/ mV T / 186。它和光電池相比，重要的不同點(diǎn)是 結(jié)面積小，因此它的頻率特性特別好 。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。 2CU系列以 NSi為襯底，2DU系列以 PSi為襯底。 1. 光敏二極管 光敏二極管符號(hào)如圖。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其 PN結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。 P N 光 光敏二極管符號(hào) RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒(méi)有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流； 受光照射時(shí)， PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，從而使 P區(qū)和 N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 N區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 P區(qū)，從而使通過(guò) PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流 。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。 由式 τ = CjRL與 f = 1/2πτ知， Cj小， τ則小，頻帶將變寬。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)?I層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。 不足： I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。 （ 2） 雪崩光電二極管 (APD) 雪崩光電二極管是利用 PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)， 光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速 ，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)， 電流增益可達(dá) 106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。 噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。但由于 APD的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發(fā)射極一邊做的很大 ,以擴(kuò)大光的照射面積 ,且其基極不接引線。 當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí) ,會(huì)產(chǎn)生電子 空穴對(duì) ,在內(nèi)電場(chǎng)的作用下 ,光生電子被拉到集電極 ,基區(qū)留下空穴 ,使基極與發(fā)射極間的電壓升高 ,這樣便有大量的電子流向集電極 ,形成輸出電流 ,且集電極電流為光電流的 β倍。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá) PN結(jié)，因而使相對(duì)靈敏度下降。 4000 8000 12021 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長(zhǎng)為 9000197。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。 0 500lx 1000lx 1500lx 2021lx 2500lx I/mA 2 4 6 20 40 60 80 光敏晶體管的伏安特性 （ 2）伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。因此，只要將入射光照在發(fā)射極 e與基極 b之間的 PN結(jié)附近，所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 600 800 1000 0 （ 3）光照特性 光敏三極管的光照特性如圖所示。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。 暗電流 /mA 光電流 /mA 10 20 30 40 50 60 70 T /186。C 光敏晶體管的溫度特性 （ 4）溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。 （ 5）光敏三極管的頻率特性 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。一般來(lái)說(shuō)，光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好