《光敏传感器》PPT课件

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1、1第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应光谱光波：波长为10—106nm的电磁波紫外线：波长10—380nm，波长10—200nm称为极远紫外线，波长200—300nm称为远紫外线波长300—380nm称为近紫外线可见光：波长380—780nm红外线：波长780—106nm波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。2§8-2光敏传感器一、光电效应第8章固态传感器3第8章固态传感器1905年，爱因斯坦提出了光子假设：光在空间传播时，不仅是连续的（波动性），也具有粒子性，即一束光是一束以光速运动的粒子流，爱因斯坦把这些不连

2、续的量子称为“光量子”。1926年，美国物理学家刘易斯把这一名词改称为“光子”，并沿用至今。§8-2光敏传感器一、光电效应4第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应光电器件的物理基础是光电效应。光电效应：光照到某些物质上，引起物质的电性质变化。这类光致电变的现象统称为光电效应。光电效应分为：外光电效应和内光电效应5第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（一）外光电效应光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。光电效应的实验装置示意图光电效应的伏安曲线6第8章固态传感器§8-2光

3、敏传感器一、光电效应（一）外光电效应光子的能量：(8-36)式中：h=6.626×10-34(J·s)为普朗克常数；v=光的频率(s-1)。7第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（一）外光电效应(8-37)式中m—电子质量；v0—电子逸出速度；A0—逸出功。爱因斯坦光电效应方程若物体中电子吸收的入射光子能量足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。故要使一个电子逸出，则光子能量hv必须超过逸出功A0，超过部分的能量，表现为逸出电子的动能，即8第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应①光电导效应：在光照作用下，半导体材

4、料中电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。P型半导体的共价键结构9第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应①光电导效应自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带光电导效应的能级跃迁过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子吸收光子能量hv，当其大于或等于禁带宽度Eg时，使其由价带越过禁带跃入导带，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。导带价带禁带Eg10第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应①光电导效应

5、导带价带禁带Eg临界波长11第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应①光电导效应hv≥Egv=c∕λ，式中c：光速λ：波长故临界波长式中h=6.626×10-34JSc=3×108m/sEg：以eV为单位，1eV=1.6×10-19J12第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应①光电导效应临界波长λ0ν0=c/λ0当λ≤λ0，即ν≥ν0时，才能发生光电导效应13第8章固态传感器§8-2光敏传感器一、光电效应（二）内光电效应②光生伏特效应在光照作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光

6、电池和光敏晶体管。14第8章固态传感器§8-2光敏传感器二、光敏电阻光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电器件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽；体积小、质量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。15第8章固态传感器§8-2光敏传感器二、光敏电阻光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电器件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽；体积小、质量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。16第8章固态传感器§8-2光敏传感器二、光敏电阻(一)光敏电阻的原理和结构当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，

7、光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光导材料的禁带宽度Eg，即式中ν和λ—入射光的频率和波长。17第8章固态传感器§8-2光敏传感器二、光敏电阻(一)光敏电阻的原理和结构也就是说，一种光电导体，存在一个照射光的临界波长λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。18第8章固态传感器§8-2光敏传感器二、光敏电阻(一)光敏电阻的原理和结构CdS硫化镉光敏电阻的结构和符号1—光导层2—玻璃窗口3—金属外壳4—电极5—陶

8、瓷基座6—