光生伏特效应及器件

2020/3/9
13
⑷光敏三极管
光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般 三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的 很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极 加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。当光 线照射在集电结的基区时,会产生电子-空穴对,在内电场的 作用下,光生电子被拉到集电极,基区留下空穴,使基极与发 射极间的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极,形成 输出电流,且集电极电流为光电流的β倍。
81—2—Si发O2射保结护圈
2020/3/9
19
硅光敏晶体管的光谱特性
电磁波频谱
2020/3/9
20
2020/3/9
11
③光敏二极管的反向偏置接线 （参考上页图）及光电特性演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
2020/3/9
当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 12
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似，有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负（c、e）两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。
光
SiO2
光
P
N
－
+
I PN
RL (a) 光电池的结构图
(b) 光电池的工作原理示意图
2020/3/9
光电池的示意图
7
2020/3/9
8
⑶光敏二极管
①光敏二极管的结构和工作原理
光敏二极管符号如图。
光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透
明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射
。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，如
(1)光电导效应
在光线作用，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
导率的变化，这种现象被称为光电导效应
。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
2020/3/9
<#2 >
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受 到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价 带越过禁带跃入导带，如图，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。
第二节 光电传感器2
本章学习光电效应、光电 元件的结构、工作原理、特性
以及光电传感器
2020/3/9
徐琳
1
一 内光电效应及器件
当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发
生变化，或产生光生电动势的现象叫做内
光电效应，它多发生于半导体内。根据工
作原理的不同，内光电效应分为光电导效
应和光生伏特效应两类：
1 光电导效应及器件
2020/3/9
暗电流（越小越好）
6
2 光生伏特效应及器件
⑴光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做
光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。
⑵光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。
①光电池的结构和工作原理 硅光电池的结构如图所示。
导带
Eg
禁带
价带
2020/3/9
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
3
为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导 材料的禁带宽度Eg，即
h hc 1.24 Eg
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。
材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光 电导材料，总存在一个照射光波长限λ0，只有 波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生 电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率 增加。
基区很薄，基极一般不接引线；
集电极面积较大。
2020/3/9
17
光敏三极管外形
2020/3/9
18
光敏三极管内部结构
a) 内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
图所示。
光
光
PN
PN RL
光敏二极管符号
2020/3/9
光敏二极管接线
9
⑶光敏二极管 ①光敏二极管的结构和工作原理
光
光
PN
PN
RL
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。
光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测等
方202面0/3/9的应用。
10
②光敏二极管外形
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
e
c
PNP
2020/3/9
b
e NPN c b
E RL
14
⑷光敏三极管
e
c
PNP
b
e
c
NPN
b
集电结一边做得很大，以扩大光的照射面
积，且基极一般不接引线。
2020/3/9
15
普通三极管
IC c
N RC
b IB Rb
P
EC
N
EB
e IE
2020/3/9
16
IC c
N RC
b
P
EC
N
光敏三极管
e IE
2020/3/9
4
⑵光敏电阻
①光敏电阻的工作原理和结构
金 属 电极
半导体
I
电源 玻璃底板
RL
E
Ra
检流计
(a)
(b)
(c)
光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极；
20ຫໍສະໝຸດ Baidu0/3/9
(c) 光敏电阻接线图
5
②光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子—空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。