《光敏傳感器》PPT課件

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1、1第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)光譜光波：波長為10—106nm的電磁波紫外線：波長10—380nm，波長10—200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線，波長200—300nm稱為遠(yuǎn)紫外線波長300—380nm稱為近紫外線可見光：波長380—780nm紅外線：波長780—106nm波長3μm（即3000nm）以下的稱近紅外線波長超過3μm的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。2§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)第8章固態(tài)傳感器3第8章固態(tài)傳感器1905年，愛因斯坦提出了光子假設(shè)：光在空間傳播時(shí)，不僅是連續(xù)的（波動(dòng)性），也具有粒子性，即一束光是一束以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，愛因斯坦把這些不連

2、續(xù)的量子稱為“光量子”。1926年，美國物理學(xué)家劉易斯把這一名詞改稱為“光子”，并沿用至今?！?-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)4第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)：光照到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)變化。這類光致電變的現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為：外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)5第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（一）外光電效應(yīng)光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖光電效應(yīng)的伏安曲線6第8章固態(tài)傳感器§8-2光

3、敏傳感器一、光電效應(yīng)（一）外光電效應(yīng)光子的能量：(8-36)式中：h=6.626×10-34(J·s)為普朗克常數(shù)；v=光的頻率(s-1)。7第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（一）外光電效應(yīng)(8-37)式中m—電子質(zhì)量；v0—電子逸出速度；A0—逸出功。愛因斯坦光電效應(yīng)方程若物體中電子吸收的入射光子能量足以克服逸出功A0時(shí)，電子就逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射。故要使一個(gè)電子逸出，則光子能量hv必須超過逸出功A0，超過部分的能量，表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能，即8第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)①光電導(dǎo)效應(yīng)：在光照作用下，半導(dǎo)體材

4、料中電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電阻率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)9第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)①光電導(dǎo)效應(yīng)自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價(jià)電子所占能帶光電導(dǎo)效應(yīng)的能級(jí)躍遷過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量hv，當(dāng)其大于或等于禁帶寬度Eg時(shí)，使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，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。導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶Eg10第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)①光電導(dǎo)效應(yīng)

5、導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶Eg臨界波長11第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)①光電導(dǎo)效應(yīng)hv≥Egv=c∕λ，式中c：光速λ：波長故臨界波長式中h=6.626×10-34JSc=3×108m/sEg：以eV為單位，1eV=1.6×10-19J12第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)①光電導(dǎo)效應(yīng)臨界波長λ0ν0=c/λ0當(dāng)λ≤λ0，即ν≥ν0時(shí)，才能發(fā)生光電導(dǎo)效應(yīng)13第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器一、光電效應(yīng)（二）內(nèi)光電效應(yīng)②光生伏特效應(yīng)在光照作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光

6、電池和光敏晶體管。14第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器二、光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電器件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬；體積小、質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)。15第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器二、光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電器件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬；體積小、質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)。16第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器二、光敏電阻(一)光敏電阻的原理和結(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)，

7、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。為實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光導(dǎo)材料的禁帶寬度Eg，即式中ν和λ—入射光的頻率和波長。17第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器二、光敏電阻(一)光敏電阻的原理和結(jié)構(gòu)也就是說，一種光電導(dǎo)體，存在一個(gè)照射光的臨界波長λ0，只有波長小于λ0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。18第8章固態(tài)傳感器§8-2光敏傳感器二、光敏電阻(一)光敏電阻的原理和結(jié)構(gòu)CdS硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)和符號(hào)1—光導(dǎo)層2—玻璃窗口3—金屬外殼4—電極5—陶

8、瓷基座6—