柔性光电器件光电特性分析

DOI：10．19659/j．issn．1008－5300．2019．01．013

柔性光电器件光电特性分析*

陈小勇1，2，周德俭2，1，佘雨来2，梁添寿1

（1．西安电子科技大学，陕西西安710071；2．桂林电子科技大学，广西桂林541004）摘要：近年来，基于非晶铟镓锌氧化物的柔性光电薄膜晶体管在柔性显示、通信和探测等领域得到广泛应用。为提高柔性光电探测器的开关电流比和光谱灵敏度，文中基于SILVACO软件的ATLAS 对柔性有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行了模拟分析，研究在不同材料有源层厚度比情况下具有底栅电极结构的柔性光电器件的光电性能。分析结果表明，双有源层结构比单有源层结构薄膜晶体管有更好的电学性能，特别是在有源层结构厚度为40nm的情况下，当铟锌氧（Indium-Zinc-Oxide，IZO）与铟镓锌氧（Indium-Gallium-Zinc-Oxide，IGZO）材料的厚度比为1?7时，柔性光电器件具有最佳的开关电流比；在波长为300nm的光照下入射光对光器件的关态电流增益影响最大，光电器件的积分灵敏度最高，说明其对紫外光较敏感，有望应用在军事通讯、空间科学、环境和生物细胞癌变监测等紫外光波段探测领域。

关键词：柔性光电器件；非晶铟镓锌氧化物；双有源层结构；光电性能

中图分类号：TN364+．3文献标识码：A文章编号：1008－5300（2019）01－0055－05

Electrical and Optical Properties Analysis of Flexible Optoelectronic Devices

CHEN Xiao-yong1，2，ZHOU De-jian2，1，SHE Yu-lai2，LIANG Tian-shou1

（1．Xidian University，Xi'an710071，China；

2．Guilin University of Electronic Technology，Guilin541004，China）Abstract：In recent years，flexible optoelectronic thin film transistors based on amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide（a-IGZO）have been widely used in flexible display，communication and detection．In order to im-prove the on/off current ratio and spectral sensitivity of the flexible photoelectric detector，the photoelectric properties of flexible photoelectric devices with bottom gate electrode structures is studied based on the ATLAS of SILVACO software．Flexible active layer a-IGZO thin film transistor under different material thickness ratios of active layers is studied by simulation methods．The results show that the double active layer thin film tran-sistor has better electrical performance than the single active layer thin film transistor，especially when the thickness ratio of Indium-Zinc-Oxide（IZO）to Indium-Gallium-Zinc-Oxide（IGZO）material is1?7and the thickness of the active layer structure is40nm，the flexible photoelectric device has the best on/off current ra-tio；that the maximum effect of incident light on the turn-off current gain of the optical device occurs and the integral sensitivity of photoelectric devices is the highest when the wavelength is300nm．This indicates that it is sensitive to ultraviolet light and is expected to be applied in the UV band detection areas such as the military communication，space science，environment and biological cell canceration monitoring．

Key words：flexible optoelectronic device；amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide（a-IGZO）；double active layer structure；photoelectric properties

引言

随着智能化可穿戴电子技术的爆炸式发展，柔性光电探测技术成为当前科学研究的热点［1］。柔性光电探测器件是基于柔性衬底，利用光与半导体相互作用，将携带信息的光信号转换为易于识别和处理的电

第35卷第1期2019年2月

电子机械工程

Electro－Mechanical Engineering·创新与探索·

*收稿日期：2018－07－15

基金项目：广西自然科学基金资助项目（2017GXNSFBA198180）；广西制造系统与先进制造技术重点实验室主任课题（1725905004Z）

光电器件测试

光电器件性能测试与应用一、实验目的： 1．了解光敏二极管、三极管的结构及工作原理。 2．掌握常用光敏器件的性能和极限参数。 3．体验光敏器件的具体应用。二、光敏器件的工作原理 2．1 光敏二极管是一种光伏效应器件。由于势垒区内建电场的作用。PN 结、肖特基结（即金属半导体结）等在受光照时会产生一个光生电动势，这就是光伏效应。以光伏效应为工作机理的器件通称为光伏效应器件。因此，光敏二极管、光敏三极管及均效应光敏管，光激可控硅等特种光敏器件，都属于光伏效应器件。在光照下，若入射光子的能量大于禁带宽度，则PN 结内会产生光生电子空穴对，这些光生载流子存在了一段长短不同的时间后，又会因复合而消失。如图2-1所示，势垒区两边产生的载流子中总有一部分能在复合前扩散到势垒区的边界，基中少子受势垒区电场的吸引被扫向对面区域，多子则受势垒区电场的排斥而留在本区。势垒区内产生的光生电子和光生空穴一经产生使受到电场的作用。分别被扫向N 区和P 区，这样，就产生出由势垒区中产生的电子空穴对及势垒区两边能运动到势垒区的少子所构成的光电流I L ，它的方向是由N 区经势垒区流向P 区，即与光照对PN 结的反向饱和电流方向相同，因此，若I L 仅表示光电流的数值，则这个光电流应写为﹣I L ，以保持PN 结电流的习惯方向。当PN 结短路时，这个光电流将全部流过短接回路，即从势垒区和P 区流入N 区的光生电子将通过短接回路全部流到P 区电极处，与P 区流出的光生空穴复合，因此，短路时外接回路中的电流是I L ，方向由P 端（“端”指外端电极处，下同）流向N 端，即I =﹣I L ，这时，PN 结中的载流子浓度维持平衡值，势垒高度亦无变化。当PN 结开路或接有负载时，势垒区电场收集的光生载流子便不能或不能全部流出，P 区和N 区就分别出现光生空穴和光生电子的积累，它使P 区电位升高，N 区电位降低，造成了一个光生电动势，这电动势使势垒高度下降，相当于加在PN 结上的正向偏压，只不过这是光照造成的而不是用电源馈送的，故称为光生电压。它使P 区光生空穴和N 区光生电子分别向N 区和P 区回注，并分别在N 区与P 区与电子和空穴复合，形成了由P 区以势垒区指向N 区的正向注入电流I J ，若PN 结开路，则流过势垒区的总电流应为零，I J 有最大值，即 max max ()0,J L J L I I I I +?==

光电器件研究进展和发展趋势

光电器件研究进展和发展趋势原荣信息产业部电子第三十四研究所研究员摘要：建设光纤接入网和DWDM系统离不开各种光学材料和器件，诸如光纤和光缆、连接器和耦合器、光发射/接收器、光波分复用/解复用器、光滤波器、光放大器、光开关以及光分插复用器等。本文就光纤通信系统用到的光电器件的研究进展和发展趋势作一个简要介绍。一、光有源器件 1.1 可调谐激光器可调谐激光器是实现宽带测试、WDM和光纤放大器泵浦的最重要的器件,近年制成的单频激光器都用多量子阱(MQW)结构、分布反馈(DFB)式或分布布喇格反射(DBR)式结构,有些能在80nm范围内调谐。在半导体激光器后面加上一个光纤布喇格光栅,可使波长稳定,如美国E-TEK研制的980nm泵浦激光器,输出光功率达220mW,又如法国alcatel Optronics公司研制的1480nm泵浦激光器,不但在半导体激光器后面加了一个光纤布喇格光栅,而且尾纤采用保偏光纤,既使波长稳定,又使功率也稳定。美国MPB公司推出的EBS-4022宽带光源,其输出功率达22dBm,在C波段40nm的带宽上,其平坦度≤1dB。美国Santec公司推出的TSL-220可调谐激光器,为保证pm数量级的波长精度,内置一个波长监测器；为去除ASE啐噪声,还内置一个可调谐滤波器,可调谐范围竟达80nm。 1.2光放大器目前广泛使用的是光纤放大器,它有掺铒和掺氟2种,其单泵浦的增益典型值为17dB,双泵浦的增益典型值为35dB,噪声系数一般为5~7dB,带宽为30nm,在带宽内的增益偏差为1dB。在氟基光纤上掺镨就可制作出掺镨光纤放大器（PDFFA）,可应用于工作在1.3mm波段上的G.652光纤。半导体激光放大器（SLA）芯片具有高达30～35dB的增益,除输入和输出端存在总共8～10dB 的耦合损耗外,还有22～25dB的增益,另外行波半导体激光器具有很宽的带宽,可以对窄至几个ps的超窄光脉冲进行放大。SLA的另一个重要优点是它可与光发射机和接收机一起被单片集成在一起。欧洲ACTS KEOPS计划资助的全光分组交换系统采用的全光分组交换节点,在输入输出接口、光交换矩阵中都使用了半导体光放大器,在ns量级范围内实现了光门电路波长选择和波长转换器件的功能。 1.2.3 光纤喇曼放大器当强激光通过光纤时,将产生受激喇曼散射(SRS)。光纤喇曼放大器（FRA）就是利用强泵浦光束通过光纤传输产生的受激喇曼散射。光纤喇曼放大器可覆盖的光谱范围宽,比泵浦光波长大约长100nm的波长区均可获得最大的增益,目前增益带宽已达132nm。这样通过选择泵浦光波长,就可实现任意波长的光放大,所以喇曼放大器是目前唯一能实现1290~1660nm光谱放大的器件。另外,它适用于任何种类的光纤。光纤喇曼放大器由于其自身固有的全波段可放大的特性和可利用传输光纤做在线放大的优点,1999年已成功地应用于DWDM系统中。使用分布光纤喇曼放大器,可以增大传输距离,提高传输比特率,另外还允许通过加密信道间隔,提高光纤传输的复用程度和传输容量。传输跨距的延伸,有时可免除在两地之间安装昂贵的3R中继器,特别是在大陆和海岛、海岛和海岛间的海缆通信中,具有特别的意义。富士通在211×10Gb/s的DWDM系统中,使无中继传输距离从50km增加到80km,使系统传输距离达到7200km。朗讯和阿尔卡特也有类似的实验。阿尔卡特报道已将32×40Gb/s的无中继DWDM系统的传输距离延伸到250km。 1.3 光纤激光器

光电传感器论文

光电传感器物理与电子工程学院电子信息科学与技术（应用技术）2011级李俊学号20110520164 指导老师伊斯刚摘要：由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。关键字：光电效应；光电元件；光电特性；传感器应用 1 理论基础——光电效应光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：1/2mv2=hv-A 式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。 2 光电元件及特性 2.1 光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管,外形成半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的

玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为1/2mv2 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极。在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。光电管的光电特性如图1所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。图1光电管的光 2.2 光电倍增管由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。光电倍增管也有一个阴极K和一个阳极A，与光电管不同的是在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，D1、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10～15级。光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高，阳极电位最高。当入射光照射阴极K时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子，D1发射出的二次电子又被D1、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级的倍增率为σ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。

光敏传感器光电特性测量实验

光敏传感器光电特性测量实验光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器进一步的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性、时间响应、频率特性等。掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。【实验目的】了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。仪器简介仪器由全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线等组成。仪器安装在360×220×80（mm)实验箱内，仪器面板如下图

柔性光电互联电路研究现状

L O P 网络预出版：标题：柔性光电互联电路研究现状作者：毛久兵,杨伟,冯晓娟,李建平收稿日期：2016-03-21 录用日期：2016-04-25 DOI：10.3788/lop53.080004 引用格式：毛久兵,杨伟,冯晓娟,李建平. 柔性光电互联电路研究现状[J].激光与光电子学进展,2016,53(08):080004. 网络预出版文章内容与正式出版的有细微差别，请以正式出版文件为准！网络出版时间：2016-06-01 13:26:00 网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/8b17265685.html,/kcms/detail/31.1690.TN.20160601.1326.038.html

L O P ———————— 收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：年-月-日毛久兵（1985-），男，博士，工程师，主要从事光电互联及光电子学方面的研究。柔性光电互联电路研究现状毛久兵* 杨伟冯晓娟李建平中国电子科技集体公司第三十研究所，四川成都 610041 摘要柔性光电电路（FEOPCB ）作为板级光互联的新型发展方向，不仅具有光互联的巨大优势，而且还具有柔性电路板的特性，可实现不同子系统间的柔性互联，满足高速电子系统轻量化、小型化和高性能化发展趋势。本文对国内外柔性光电电路的研究现状进行详细的阐述与分析，并指出该互联电路的关键技术及未来研究方向。关键词光互联；光波导软膜；FEOPCB ；聚合物光波导中图分类号 TN25;TN41 文献标识码 A The Research Status of the Flexible Electro-Optical Circuit Board for Interconnection Mao Jiubing * Yang Wei Feng Xiaojuan Li Jianping The 30th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Chengdu ，Sichuan 610041，China Abstract As the latest development direction of the board-level optical interconnect, the flexible electro-optical printed circuit board (FEOPCB) not only has the great advantages of the optical connection, but also has the characteristics of the flexible printed circuit board. Realizing the flexible interconnection between the different subsystems can meet the development tread of lightweight, compact and high performance for the high speed electronic system. Hence, the state of the art of FEOPCB was introduced and analyzed in this paper. And then, the key technologies and the future research area of the flexible interconnection circuit were suggested. Keywords optical interconnect; optical waveguide flex; FEOPCB; polymer optical waveguide OCIS Codes 200.4650; 230.7370; 250.5460; 060.4510 1 引言随着电子技术及制作工艺水平的不断提高，电子产品已向小型化、轻量化、轻薄化、结构复杂化和多功能化方向发展，这将导致系统集成度及互联密度的不断增加。同时，伴随着高速通信技术的飞速发展，信息量呈指数增长，宽带、高速、大容量的信息传输及交换对电子产品内印制电路板之间，板到背板之间，多芯片组件之间的互联速率、带宽和密度提出了更高的要求[1]。而传统的电互联方式因其固有物理特性，在高频情况下，已成为限制高速通信电子产品快速发展的瓶颈。而信息处理未来的发展方向将是“电子处理信息，光子传输信

光电探测器特性测试实验

光电探测器特性测试实验光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。 1、光敏电阻光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100MΩ，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1kΩ以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。

光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS 2、光敏二极管光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN 结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为 s kT qV s s D I e I I I I --=-=)1(0 式中I 中是流过探测器总电流，I so 二极管反向饱和电流，I s 是光照时的光电流，q 是电子电荷，V 是探测器两端电压，k 为玻耳兹曼常数，T 器件绝对温度。当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。光照时导通，光不照时，处于截止状态，并且光电流和照度成线性关系。光照特性：输出的饱和光电流与光照度之间的关系。光谱特性：取决于所采用材料的禁带宽度，同事也与结构工艺有着密切的关系。频率特性：由光生载流子的渡越时间和L R j C 的乘积决定。伏安特性：在零偏压下，光电二极管仍有光电流，这是光生伏特效应所产生的短路电流。 3、光敏三极管在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge 或Si 单晶体制造NPN 或PNP 型光敏三极管。光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的I φ控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E 、C 两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。

光电元器件

图1-31发光二极管测量光电元器件 1. 发光二极管的检测 ① 正、负极的判别将发光二极管放在一个光源下，观察两个金属片的大小，通常金属片大的一端为负极，金属片小的一端为正极。 ② 发光二极管测量发光二极管除测量正、反向电阻外，还应进一步检查其是否发光。发光二极管的工作电压一般在1.6V 左右，工作电流在1mA 以上时才发光。用R ×10K Ω挡测量正向电阻时，有些发光二极管能发光即可说明其正常。对于工作电流较大的发光二极管亦可用图1-31所示电路进行检测。 ① 性能好坏的判断用万用表R×10K 档，测量发光二极管的正、反向电阻值。正常时，正向电阻值（黑表笔接正极时）约为10～20K Ω，反向电阻值为250KΩ～∞（无穷大）。较高灵敏度的发光二极管，在测量正向电阻值时，管内会发微光。若用万用表R×1K 档测量发光二极管的正、反向电阻值，则会发现其正、反向电阻值均接近∞（无穷大），这是因为发光二极管的正向压降大于1.6V （高于万用表R×1K 档内电池的电压值1.5V ）的缘故。用万用表的R×10K 档对一只220μF/25V 将充电后的电容器正极接发光二极管正极、电容器负极接发光二极管负极，若发光二极管有很亮的闪光，则说明该发光二极管完好。也可用3V 直流电源，在电源的正极串接1只33Ω电阻后接发光二极管的正极，将电源的负极接发光二极管的负极（见图1-31），正常的发光二极管应发光。或将1节1.5V 电池串接在万用表的黑表笔（将万用表置于R×10或R×100档，黑表笔接电池负极，等于与表内的1.5V 电池串联），将电池的正极接发光二极管的正极，红表笔接发光二极管的负极，正常的发光二极管应发光。 2. 红外发光二极管的检测 ① 正、负极性的判别红外发光二极管多采用透明树脂封装，管心下部有一个浅盘，管内电极宽大

光电传感器特性分析

光电传感器特性分析摘要：随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料一、理论基础——光电效应光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体 w hv -=2mv 2 1 w hc K = λ

光电二三极管特性测试实验报告

光敏二极管特性测试实验一、实验目的 1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法； 2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管光电流测试实验 3、光电二极管伏安特性测试实验 4、光电二极管光电特性测试实验 5、光电二极管时间特性测试实验 6、光电二极管光谱特性测试实验 7、光电三极管光电流测试实验 8、光电三极管伏安特性测试实验 9、光电三极管光电特性测试实验 10、光电三极管时间特性测试实验 11、光电三极管光谱特性测试实验三、实验仪器 1、光电二三极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本四、实验原理 1、概述

随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。光敏三极管与光敏二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。 2、光电二三极管的工作原理光生伏特效应：光生伏特效应是一种内光电效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照射这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。这种现象是最重要的一类光生伏特效应。均匀半导体体内没有内建电场，当光照射时，因眼光生载流子浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动，且电子和空穴的迁移率不相等，使两种载流

光电传感器特性分析

离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体材料的导电性远不如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量,就可以将其激发到导带中,形成载流子,增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν≥Eg（ Eg 为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收光子的能量,跃迁到导带,而在价带中留下一个空穴,形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此,这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一 w hv -=2mv 21 w hc K = λ

有机光电材料综述

有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。一.原理部分与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、

太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。 2.吸收和发射

光电探测器特性测量实验报告

实验1 光电探测器光谱响应特性实验实验目的 1. 加深对光谱响应概念的理解； 2. 掌握光谱响应的测试方法； 3. 熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。实验内容 1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线； 2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。实验原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 ()v R λ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为 () ()() v V R P λλλ= (1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 () ()() i I R P λλλ= (1-2) 式中，()P λ为波长为λ时的入射光功率；()V λ为光电探测器在入射光功率 ()P λ作用下的输出信号电压；()I λ则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，显然，二者具有不同的单位。通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号()V λ。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率()P λ需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光

谱响应度为()f R λ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得()P λ入射时的输出电压为()f V λ。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有 ()()f f f V P R K λλ= (1-3) 这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘织，即总的放大倍数。在本实验中=100300f K ?，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，=900/f R V W 。然后在相同的光功率()P λ下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()b V λ，从而得到光电二极管的光谱相应度 ()() ()()()b b f f f V K V R P V R K λλλλλ= = (1-4) 式中b K 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里=150300b K ?。实验仪器单色仪、热释电探测器组件、光电二极管探测器组件、选频放大器、光源。

项目1 常见光电器件的应用教案

项目一常见光电器件的应用把从光信号转换到电信号的器件称之为“光电器件”的话，则电真空器件中主要有光电管、光电倍增管、摄像管、影像增强管等；半导体器件中主要有光电池、光敏电阻、光敏三极管、摄像头上使用的CCD 器件；光耦合器大约也可以算上，不过它是利用光敏器件与半导体发光元件的组合，不是单纯的光电器件。现在有将 LED 器件也称为光电器件，那么“陶瓷场致发光屏”是否也应属光电器件，因为它也是通电后发光的器件，也就是将电信号转换为光信号的器件？实际上，场致发光屏应该属“电光源”之一。任务一光敏电阻器及其应用 1、光敏电阻器基本知识光敏电阻器是一种特殊的光电导器件，该电阻具有光电导效应，当它受到光辐射后其电导率会发生变化，即其阻值会发生改变。入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大,光敏电阻器在电路中用字母“R ”或“RL ”、 “RG ”表示。一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。使用时无正负极之分。图1 光敏电阻外观 2、光敏电阻器的组成光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。图2 光敏电阻器的组成部分教学目的 1. 了解常见光电器件的识别与检测方法。 2. 能够根据常用光电电路进行电子制件并调试。 3. 有足够的动手能力完成项目中实操任务。 4. 培养课后反思的习惯，理解并掌握课后习题。

图3 光敏电阻器的相对灵敏度曲线优点： ①光谱响应范围宽，尤其对红光和红外辐射有较高的灵敏度； ②所测的光强范围宽； ③灵敏度较高； ④工作电流大，可达数毫安； ⑤偏置电压低，无极性之分，使用方便。缺点： ①强光照射下的线性较差； ②弛豫过程较长，响应速度慢； ③频率响应较差。 3、光敏电阻器的分类按半导体材料分：本征型光敏电阻、掺杂型光敏电阻。后者性能稳定，特性较好，故目前大都采用它。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 4、光敏电阻器的应用光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。

光电传感器性能参数分析

课程小论文题目：光电传感器性能参数分析院 (部) 专业学生姓名学生学号指导教师课程名称课程代码课程学分起始日期

光电传感器性能参数分析摘要:在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单，形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。关键字:光电效应、光电元件、光电特性、传感器分类、传感器应用

目录目录 (3) 1、引言 (4) 2、光电传感器 (4) 3、光电效应 (6) 4、光电传感器的前景 (6) 5、总结 (7) 参考文献 (8)

一、引言随着工业生产技术的发展，对生产过程中的过程控制要求越来越高，而作为控制系统的核心之一，传感器越来越受工业技术人员的重视。人们对高性能检测技术的发展需求与日俱增。其中非电量测量的受欢迎程度最为广泛，可将距离、位移、振动等信号转换为电信号，并通过这些方法获得被测物体的状态。非电量检测技术分为接触式与非接触式检测。在工业生产环境中，有些场合不适用接触式检测，因为传感器与被测物体的接触，在工业现场环境中会造成被测体损伤、传感器磨损等问题。因此，需要性能良好的非接触式传感器以满足工业需求，相关技术的研究也成为传感器检测技术的发展方向。光电检测技术作为目前检测技术之一，目前国内对于光电检测的研究已有一些成果，但目前产品还存在着一些问题，例如线性测量范围过短、对现场装配条件要求较高等，距离满足工业现场的要求还存在一定距离。所以，为了解决这些问题，光电效应对传感器性能的影响是很重要的研究方向之一，可以使光电传感器应用在更多的领域，推动光电检测技术的发展。二、光电传感器光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如下图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高，反应快,非接触等优点，而且可测参数多,传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。图1光电传感器原理图光电传感器一般由三部分构成，它们分为:发送器、接收器和检测电路,发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的

有机光电子器件和图像传感器的制作流程

本技术涉及有机光电子器件和图像传感器。有机光电子器件包括彼此面对的阳极和阴极、以及在所述阳极和阴极之间的有机层，所述有机层包括作为可见光吸收体的由化学式1表示的化合物、以及空穴缓冲材料和电子缓冲材料的至少一种，所述空穴缓冲材料具有大于或等于约2.8eV的能带隙以及在所述阳极的功函和由化学式1表示的化合物的HOMO能级之间的HOMO能级，所述电子缓冲材料具有大于或等于约2.8eV的能带隙以及在所述阴极的功函和由化学式1表示的化合物的LUMO能级之间的LUMO能级，化学式1中的基团R1至R12和X定义在说明书中。技术要求 1.有机光电子器件，包括：彼此面对的阳极和阴极，以及在所述阳极和阴极之间的有机层，所述有机层包括作为可见光吸收体的由以下化学式1表示的化合物；以及空穴缓冲材料和电子缓冲材料的至少一种，所述空穴缓冲材料具有大于或等于2.8eV的能带隙以及在所述阳极的功函和由以下化学式1表示的化合物的HOMO能级之间的HOMO能级，所述电子缓冲材料具有大于或等于2.8eV的能带隙以及在所述阴极的功函和由以下化学式1表示的化合物的 LUMO能级之间的LUMO能级：

其中，在以上化学式1中， R1-R12各自独立地为以下之一：氢、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C3-C30杂芳基、卤素原子、含卤素的基团、及其组合，和 X为阴离子。 2.权利要求1的有机光电子器件，其中所述空穴缓冲材料和所述电子缓冲材料不吸收具有450nm-800nm波长区域的可见光。

3.权利要求1的有机光电子器件，其中所述有机层包括：包括所述由化学式1表示的化合物的活性层；和在所述活性层的至少一侧上的电荷缓冲层，所述电荷缓冲层包含包括所述空穴缓冲材料的空穴缓冲层和包括所述电子缓冲材料的电子缓冲层的至少一个。 4.权利要求3的有机光电子器件，其中所述活性层进一步包括所述空穴缓冲材料。 5.权利要求4的有机光电子器件，其中以基于所述活性层的小于或等于50体积％的量包括所述活性层的空穴缓冲材料。 6.权利要求3的有机光电子器件，其中所述活性层进一步包括所述电子缓冲材料。 7.权利要求6的有机光电子器件，其中以基于所述活性层的小于或等于50体积％的量包括所述活性层的电子缓冲材料。 8.权利要求1的有机光电子器件，其中所述有机层包括活性层，所述活性层包括：所述由化学式1表示的化合物，以及所述空穴缓冲材料和所述电子缓冲材料的至少一种。 9.权利要求1的有机光电子器件，其中所述空穴缓冲材料的HOMO能级和由以上化学式1表示的化合物的HOMO能级之间的差为 0.10eV-0.89eV。 10.权利要求1的有机光电子器件，其中所述空穴缓冲材料的HOMO 能级大于4.7eV且小于5.6eV。