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《半導(dǎo)體物理的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、半導(dǎo)體物理在光電檢測中的應(yīng)用摘要：在現(xiàn)代系統(tǒng)檢測方法中，光電檢測絕對占有著舉足輕重的地位，而光電檢測系統(tǒng)中的核心——光敏器材幾乎全部是半導(dǎo)體材料。由此可見，半導(dǎo)體物理在這其中起著決定性的作用。本文將著重介紹一些基本的半導(dǎo)體光電檢測器件和與電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)聯(lián)系比較緊密的光纖檢測技術(shù)。關(guān)鍵字：光敏PN結(jié)光纖正文Ⅰ 光電檢測技術(shù)的提出現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度足夠讓前輩們認(rèn)不得自己創(chuàng)始的學(xué)科了，在研究領(lǐng)域蓬勃發(fā)展欣欣向榮時，把理論運用到實際的過程較之以前，只會更加復(fù)雜。龐大的系統(tǒng)，無數(shù)的細(xì)節(jié)需要照料，由于現(xiàn)在的系統(tǒng)對精密性要求越來越高，使得任何的細(xì)枝末
2、節(jié)一旦出錯，就極大地影響最后工程的效能。于是，檢測各個部件的性能就顯得非常重要。因為如果能夠保證加入到系統(tǒng)里的器件都是合格的，至少會減少出故障的可能；而如果能夠有一套行之有效的檢測辦法，就可以在最短的時間了找到出錯的地方，排除故障，降低損失。在多年前，人們一直在使用直接檢測方法，這種方法是自然而然的想法。但是正如上面所說的，由于系統(tǒng)的復(fù)雜，直接檢測越來越不方便，甚至有些時候，就沒辦法檢測了，所以必須另辟蹊徑，于是傳感器應(yīng)運而生，其中光電檢測技術(shù)被認(rèn)為是最成熟、最具有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅髦?。正如三十六計中的“明修棧道暗度陳倉”，光電傳感器就是運用這
3、種思想。如果直接檢測待測量（陳倉）不方便，就在其它易測量（棧道）的幫助下到達目的。而光具有速度快，無處不在，來源廣等優(yōu)勢，且電學(xué)量的直接測量可以說人類已經(jīng)相當(dāng)熟悉了，二者的結(jié)合，就使得光電檢測技術(shù)的應(yīng)用前景極為光明。①Ⅱ 半導(dǎo)體光電器件光電導(dǎo)器件（光敏電阻器件）② 某些物質(zhì)吸收光子能量后會產(chǎn)生本征吸收或者雜質(zhì)吸收進而改變物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象，稱為物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)。利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料（如硅、鍺等本征半導(dǎo)體與如硫化鎘、硒化鎘、氧化鉛等雜質(zhì)半導(dǎo)體）可以制成電導(dǎo)率隨入射光輻射量變化而變化的器件，這種器件稱為光電導(dǎo)器件或光敏電阻器件。說起光敏電阻，恐怕
4、只要學(xué)過高中物理的人都不會陌生。確實，這個是最古老，也是“知名度”最高的了。它直接利用了半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，即當(dāng)有光線照射到光敏電阻其上時，它的電阻值會發(fā)生較大的變化，一般無光照時的電阻約1.5MΩ，而有光照時的電阻則只有幾千歐。其使用材料中對可見光最為敏感的是硫化鎘。光敏電阻由于其原理明了，結(jié)構(gòu)簡單，所以對工藝的要求較低，造價比較低，靈敏度高而且性能也很穩(wěn)定，因而它最先獲得了廣泛的利用，但是由于它的結(jié)構(gòu)太簡單，使得其響應(yīng)的速度相對很慢。光生伏特器件 利用光生伏特效應(yīng)制造的器件叫做光生伏特器件。光生伏特效應(yīng)與光電導(dǎo)器件同屬于內(nèi)光電效應(yīng)，然而兩
5、者的導(dǎo)電機理卻相差很大。光生伏特效應(yīng)是少數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)，而光電導(dǎo)效應(yīng)卻是多數(shù)載流子的光電效應(yīng)，這就使得光生伏特器件具有暗電流小、噪聲低、響應(yīng)速度快、光電特性線性度好等特點，當(dāng)然也存在微弱信號檢測能力弱、光譜響應(yīng)范圍窄的缺點。一 光電池光電池又叫做太陽能電池，它是直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的器件。現(xiàn)在用得最多的是硅光電池，其開路電壓一般在0.45~0.6v之間，當(dāng)照度在2000Lx以下時，開路電壓與照度近似成線性關(guān)系，而在超過2000Lx時開始顯示出非線性。其短路電流一般與照度呈線性關(guān)系，而受照面積越大，短路電流也越大，一般當(dāng)照度在1000Lx
6、以下時，短路電流在2~3mA/c㎡之間。光電池的優(yōu)點在于性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好，傳送效率高而且耐高混輻射，只是成本不菲。二 光敏二極管光敏二極管利用了ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?，在ＰＮ結(jié)加上反向電壓，再在光照下使其反向?qū)?，其?dǎo)通電阻會由幾兆歐下降到幾十甚至幾千歐。光電二極管的材料主要有硅、鍺、磷化銦等，從結(jié)構(gòu)上來說，又分為ＰＮ型、ＰＩＮ型、雪崩型和肖特基型，其中用得最多是硅材料制成的ＰＮ結(jié)型光敏二極管。具體使用中，又有2CU和2DU兩種，其中使用的更多的是2CU型，它是全封閉的，有金屬殼，并且?guī)в幸粋€玻璃窗。光敏二極管具有體積小，質(zhì)量輕，使
7、用壽命長而且靈敏度比較高等特點。三 光敏三極管光敏三極管的思想與上述三者無異，都是通過光的照射量來控制電流的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)與一般的晶體三極管相似，其內(nèi)部有兩個ＰＮ結(jié)，其發(fā)射結(jié)與光敏二極管一樣具有光敏特性，集電結(jié)與普通晶體管一樣可以獲得電流增益，因而與光敏二極管相比，它在把光信號轉(zhuǎn)化成電信號的同時，又把信號進行了放大，也就具有了更加高的靈敏度。其用料與光敏二極管相似，也可以分為ＰＮＰ和ＮＰＮ兩種類型。光敏三極管的光電流比較大，但是輸出線性特性比較差，因而它一般使用在對靈敏度要求比較高，而且頻率較低的系統(tǒng)。③四 半導(dǎo)體發(fā)光器件LED（發(fā)光二極
8、管）LD（激光二極管）1LED發(fā)光原理④如圖1所示，LED是由Ｐ型半導(dǎo)體和Ｎ型半導(dǎo)體組成的。在PN結(jié)的附近，Ｎ型材料中多數(shù)載流子是電子，Ｐ型材料中多數(shù)
