【精品课件】型传感器综述

光敏 二极管
光敏 三极管
硅光电池
光敏二极管和硅光电池的伏安特性一致， 只不过是工作在不同的偏置下；光电三极管则 可以看作光电二极管注入基极电流的普通三极 管，及伏安特性与普通三极管相同，只不过其 曲线中的基极电流为光生电流。
3. 科顿效应
能使左、右旋圆偏振光传输速度相异的旋光 性物质（或称光学活性物质，如芳香族化合物 ），在直线偏振光入射并透过时，会产生 α 角 的偏转，这种现象称为科顿效应。
为电子电荷数； 为η材料的量子效率 ；A为受光面积；hv为光子的能量。
P-N结光伏效应
结型光电器件用作探测器时，有两种工 作模式，即工作在反偏置的光电导工作模式 或零偏置的光伏工作模式。
当负载电阻RL断开（IL=0）时，P-N结两 端的电压称为开路电压，用UOC表示，则
U O Ckq Tln(1IIP 0)kq Tln(SIE 0E)
1.压电效应：当具有压电效应的材料受到沿一
定方向的外力作用而变形时，在其某两个表面 上将产生极性相反的电荷。常见压电材料有石 英晶体（水晶）、铌酸锂（LiNbO3）、镓酸锂 （LiGaO3）锗酸铋（Bi12GeO3）等单晶体和经 过极化处理的多晶体如钛酸钡、锆钛酸压电陶 瓷（PZT），此外还有高分子压电薄膜如聚偏 二氟乙烯（PVDF）、压电半导体（ZnO）等。
掺杂型光电导材料只要入射光子能量hv等于或大 于杂质电离能ΔE时就能把施主能级上的电子激发到 导带而形成导电电子，在外电场作用下形成电流。
光电导效应
光电导器件的光电流与入射光通量之间存 在着一定的关系，称为光电特性。
IPSgU EgPU
E 为入射光的光照度；
g P 为光敏电阻的光导； S g 为光电导灵敏度。
光的多普勒效应
1. 光电导效应
光辐射作用使材料的 电导率发生变化，而 这种变化与光辐射强 度呈稳定的对应关系 。称为光电导效应。
典型器件：光敏电阻（GeAs）
光电导效应
光电导材料有本征型 和掺杂型 两种类型。
本征型光电导材料只有当入射光子能量hv等于 或大于半导材料的禁带宽度Eg时才激发一个电子空 穴对，在外电场作用下形成光电流。
为材料在磁场下产生了自由应变 0
力效应
0 CH1/2
式中，常数C的确定：磁性材料在饱和场强 H S 2 0 0 O e ( 1 O e 7 9 .5 7 7 5 A /m )下，测得的饱和 磁致伸缩系数 S 30106, 此时
C S H S 1 /2 2 .1 1 0 6 ( 1 /O e 1 /2 )
P-N结光伏效应
当负载电阻短路（即RL=0）时，光生电 压接近于零，流过器件的电流叫做短路电流ISC ，这时光生载流子不再积累于P-N结两侧，P-N 结又恢复到平衡状态，费米能级被拉平而势垒 高度恢复到无光照时的水平，短路电流与光照
度E成正比。ISCIPSEE
P-N结光伏效应
基于光伏效应的P-N结光电器件有三种：
其中
为入射光波长，n
、
1
nr
分别为左、右
旋偏振光在媒质中的折射率。透过的合成直
线偏振光偏转的角度 则为：
=1r d(n1nr)
2
磁效应
磁光效应： （1）法拉第效应 （2）克尔效应
磁电效应： （1）霍尔（Hall）效应 （2）磁阻效应
压磁效应： （1）磁致伸缩效应 （2）威德曼效应
约瑟夫效应 核磁ຫໍສະໝຸດ Baidu振
光电导效应
典型器件光敏电阻（GeAs），具有与人 眼十分相近的光谱响应特征。在可见光亮度 测量中广泛采用光敏电阻，例如照相机自动 曝光系统中的亮度测量等。
2. P-N结光伏效应
当光照射P-N结时，只要入射光子能量大于材 料禁带宽度，就会在结区产生电子-空穴对。这些 非平衡载流子在内电场作用下，按一定方向运动 ，在开路状态下形成电荷积累，产生了一个与内 电场方向相反的光生电场，及光生电压Uoc，这就 是所谓的光生伏特效应。
科顿效应
科顿效应
直线偏振光是由左、右旋圆偏振光的合成 ，因此当它入射于旋光性物质时，左右旋偏 振光因传播速度不同而使其折射率各不相同 。而圆偏振光每前进一个波长距离就有一次 旋转，所以左右旋偏振光透过厚度为d的旋光 性物质后，旋转的角度分别为：
1=2d/12dn1/r=2d/r2dnr/
科顿效应
新型传感器
第一章 新型传感器综述
1 新型传感效应 2 新型敏感材料 3 新加工工艺 4 新型传感器的发展方向
一、新型传感效应
按引起传感效应的物理量类型来区分，新 型传感效应分为：
光效应 磁效应 力效应
化化学学效效应应 生物效应
光效应
光电效应： （1）光电导效应 （2）光伏效应
电光效应： （1）科顿（Cotton）效应 （2）光弹效应
电子向薄片的一侧偏转，从而使薄片的两侧产生 电位差 U H 。所产生的电位差称为霍尔电势，霍 尔电势与激励电流I B 的关系为：UH KHIBB 式中，K H 为霍尔常数。
由于材料及制作工艺的原因，霍尔元件存在 温度效应和不等位电势的问题。实际应用中必须 考虑霍尔元件的温度和不等位电势的补偿问题。
力效应
P-N结光伏效应
IL IPID
IDI0(eqU/(kT) 1)
UIL(RLRS)
I L I P I D I P I 0 ( e q U / ( k T ) 1 ) S E [ E I 0 ( e q U / ( k T ) 1 ]
SE qA/(hv) SE为光电灵敏度（光照灵敏度）；q
法拉第效应
法拉第效应又称为磁致旋光效应。当线偏 振光通过处于磁场下的透明介质时，光 线的偏
振面（光矢量振动方向）将发生偏转，其偏转
角 与磁感应强度B以及介质的长度L成如下比
例关系： KBL
式中，K是物质的特性常数，及维尔德（Verdet ）常数，其数值与光波波长和温度有关。
霍尔效应
霍尔效应实际是基于洛伦兹力的效应。当电 流通过半导体薄片时，垂直于电流方向的磁场B使
力效应
2.磁致伸缩效应：某些铁磁体及其合金以及某些铁氧
体在磁场作用下将产生机械变形，其尺寸、大小会作 相应的伸缩，称为磁致伸缩效应（焦耳效应）。
磁致伸缩效应与磁性物质内部的磁畴变化有关。 受到外磁场作用时，其体内各磁畴转动并使它们的磁 化方向与外磁场保持一致，导致磁性体沿外磁场方向 的长度发生 105 106量级的变化。从宏观角度理解