传感器原理及应用技术 (4)
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半导体内的电子吸收光子后不能跃出半导体, 所产生的 电学效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原理可分 为光电导效应和光生伏特效应。内光电效应的种类很多,可 据此制成不同的光敏器件。
第8章
8.2
8.2.1 光电管 光电管的结构如图8.1所示。在一个抽成真空的玻
璃泡内装有两个电极： 阳极和光电阴极（简称阴极）。 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射光电子,光电 子被带正电位的阳极所吸引,这样在光电管内就有电子 流,在外电路中便产生了电子流,输出电压。光电流的大 小与照射在光电阴极上的光强度成正比,并与光电阴极 的材料有关。当光通量一定时,真空光电管阳极电压与 阳极电流的伏安特性曲线见图8.2
来自百度文库
第8章 图8.2 真空光电管的伏安特性曲线
第8章 图8.3 充气光电管的伏安特性曲线
第8章
8.2.2 光电倍增管
光电倍增管的结构如图8.4所示。它在玻璃管4内由 光电阴极1（K）、若干个倍增极2(Dn,n=4～14）和阳 极3（A）三部分组成。由一定材料制成的光电阴极K 受入射光Φ照射时,可发射出光电子,形成光电流iΦ。因 倍增极和阳极上加有一定的电位（图中经分压电阻获 得）,故光电阴极发射的光电子被第一倍增极D1的正电 压所加速,而轰击第一倍增极D1,打击出二次电子；同样, 二次电子又被第二倍增极D2的正电压所加速,而轰击第 二倍增极D2,打击出更多的二次电子。依次下去,最后全 部二次电子被带正电位的阳极A所收集,形成光电流i。
第8章
图8.10 (a) 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号
第8章
图8.11所示为光电三极管的结构原理、外形及电路 符号。图中是三极管为PNP型,也可做成NPN型。光电 三极管与光电二极管相似,但有两个PN结。光照射在发 射极e与基极b之间的PN结附近便产生光电流（几微安, 相当于三极管的基极电流）,于是在集电极c与基极基b 之间的PN结能产生几毫安电流（相当于三极管的集电 极电流）。光电三极管的通频带较窄,不如光电二极管 性能稳定,
第8章 图8.6 光敏电阻的伏安特性曲线
第8章 图8.7 光敏电阻的光照特性曲线
第8章
4.光敏电阻的光谱特性 常用光敏电阻材料的光谱特性曲线如图8.8所示。图中，
1 =1A×10-10m，为非法定计量单位，但为了表示方便，本
书仍采用此单位，此后不再说明。对于不同波长的光，光 敏电阻的灵敏度是不相同的。从图8.8中可以看出，硫化镉 的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域。因此， 在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑， 才能获得满意的结果。
i=iΦσn
(8.7)
式中：n次发射极数；σ二次电子发射系数。故输出电压
Usc=iR= iΦσn R
(8.8)
光电倍增管的优点是放大倍数很高,可达106,线性好,频率
特性好；缺点是体积大,需数百伏至1 kV的直流电压供电。光
电倍增管一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合。
第8章
8.3 光电导效应及光电元件
第8章 图8.1 光电管的结构
第8章
光电管除真空光电管外,还有充气光电管。这两种光 电管的结构基本相同,所不同的只是在充气光电管玻璃泡 内充有少量的惰性气体,如氩或氖。当光电极被光照射而 发射电子时,光电子在趋向阳极的途中撞击惰性气体的原 子,使其电离,从而使阳极电流急速增加,提高了光电管的 灵敏度。但其稳定性、频率特性等都比真空光电管的差。 图8.3给出了充气光电管的伏安特性曲线。
第8章 图8.5 某光敏电阻的结构及电路符号
第8章
8.3.2 光敏电阻的特性 1.暗电阻、亮电阻与光电流 光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时
流过的电流称为暗电流。光敏电阻受到光照射时的电阻称 为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。亮电流与暗电流 之差称为光电流。一般暗电阻越大，亮电阻越小，光敏电 阻的灵敏度越高。
8.3.1 光敏电阻的结构及原理 光敏电阻的光谱特性是选择光敏电阻器的重要依据。根
据光敏电阻的光谱特性，目前常用的有三种光敏电阻器：紫 外光敏电阻器、红外光敏电阻器和可见光光敏电阻器。
紫外光敏电阻器对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉
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、人体探测、红外光谱、红外通信等。
第8章
第8章 光电传感器
8.1 光电传感器的基本效应 8.2 外光电效应光电器件 8.3 光电导效应及光电元件 8.4 光电伏特效应及光电元件 8.5 CCD图像传感器 8.6 应用光路 思考题与习题
第8章
8.1 光电传感器的基本效应
8.1.1 半导体的粒子特性
光敏器件所探测的光包括可见光、紫外线和红外 光,在整个电磁辐射的频谱中只占很小一部分。光具有 波粒二象性,光的粒子性可用光子的概念描述。
第8章
8.1.2 半导体光电效应是半导体中束缚电子在吸收光子后所
产生的电学效应,它是各类光敏器件工作的基本原理。 半导体光电效应可分为内光电效应和外光电效应两大
类。半导体内的电子在吸收光子后,如能克服表面势垒逸出 半导体表面,会产生外光电效应。电管、光电倍增管等就是 基于外光电效应制成的光电器件。
光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻 在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102～106之间。
第8章
2. 光敏电阻的伏安特性 一般光敏电阻（如硫化铅、硫化铊）的伏安特性 曲线如图8.6所示。由该曲线可知,所加的电压越高,光电 流越大,而且没有饱和现象。在给定的电压下,光电流的 数值将随光照增强而增大。 3. 光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光照特性用于描述光电流和光照强度 之间的关系。不同光敏电阻的光照特性是不相同的。 绝大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的,如图8.7 所示。
沿r方向传播的频率为ν的单色光,可视为一束光子 流,其中每个光子具有的能量E和动能P分别为
E=hν
(8.1)
P hr
(8.2)
第8章
式中：h——普朗克常数,其值为6.626×10-34J·s ν——光的频率（s-1）;
λ——
这样,单色光的辐射功率就可写为
P（ν）=A·F·hν
(8.3)
式中：F——光子流密度（单位时间通过单位面积的光 子数）
第8章
图8.5为某光敏电阻的结构及电路符号。用来制作光敏 电阻的典型材料有硫化镉（CdS）及硒化镉（CdSe）等。 图8.5中，CDS为硫化镉。光敏半导体材料是纯电阻性的。 当无光照射时，其暗电阻值很大（大多数光敏材料的暗电 阻值超过1MΩ），电路的暗电流很小；当受到一定波长范 围的光照射时，其电阻值急剧减小，电路电流随之迅速增 加。光敏半导体材料中，除常用的硅、锗外，硫化镉、硫 化铅、锑化铟、硒化镉等的应用也日益广泛。光敏电阻阻 值的变化与光照波长有关，因此，应用时应根据光波波长 合理选择由不同材料做成的光敏电阻。光敏电阻无极性之 分，使用时在两电极间加上恒定的交流或直流电压均可。
第8章
所谓光电池的短路电流,就是反映负载电阻相对于 光电池内阻很小时的光电流。光电池的内阻是随着照 度增加而减小的,所以在不同照度下可将大小不同的负 载电阻视为近似“短路”条件。从实验中知道,负载电 阻越小,光电流与照度之间的线性关系越好,且线性范围 越宽,对不同的负载电阻,可以在不同的照度范围内,使光 电流与光强保持线性关系。所以,应用光电池作测量元 件时,所用负载电阻的大小,应根据光强的具体情况而定。 总之,负载电阻越小越好。
第8章 图8.4 光电倍增管的结构
第8章
如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子,这 个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极。
设这时第一倍增极有σ个二次电子发出,这σ个电子又轰击第二 倍增极。而其产生的二次电子又增加σ倍。经过n个倍增极后, 原先一个电子将变为σn个电子。这些电子最后被阳极所收集 而在光电阴极与阳极之间形成电流i,则
第8章 图8.8 几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线
第8章
5. 随着温度不断升高,光敏电阻的暗电阻和灵敏度都 要下降,同时温度变化也影响它的光谱特性曲线。图8.9 示出了硫化铅的光敏温度特性曲线。从图中可以看出, 它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此,有 时为了提高元件的灵敏度,或为了能够接受较长波段的 红外辐射,应采取一些致冷措施。 光敏电阻具有很高的灵敏度,光谱响应的范围可以 从紫外区域到红外区域,而且体积小,性能稳定,价格便宜； 但光照与产生的光电流之间呈非线性关系。所以,光敏 电阻在自动化技术中应用很多,在检测技术中很少使用。
第8章 图8.9 硫化铅的光敏温度特性曲线
第8章
8.4 光电伏特效应及光电元件
8.4.1 光电导结型光电元件 图8.10所示为光电二极管的结构原理、外形及电路符号。
为了便于受光, PN结装在外壳的顶部,上面有一个用透镜制成 的窗口1,以便使光线集中在PN结上。2为封装壳体,3为引出 电极。光电二极管在电路中工作在反向偏置下,即在N区接高 电位,在P区接低电位。无光照时,反向电阻高达4 MΩ。在反 向偏压作用下,有一反向电流（称为暗电流）。当有光照时, 反向电阻下降到1kΩ左右,产生光电流,实现了将光信号转变 成电信号的目的。光电二极管的主要特点是体积小,频率特 性好,
第8章 图8.13 硒光电池与硅光电池的光谱特性曲线
第8章
2） 光电池在不同的光强照射下可产生不同的光电流和光生 电动势。硅光电池的光照特性曲线如图8.14所示。从该曲线 中可以看出,短路电流在很大范围内与光强成线性关系。开 路电压随光强变化是非线性的,并且当照度在2000lx时就趋 于饱和。因此,把光电池作为测量元件时,应把它当作电流源 来使用,不宜用作电压源。
E2 - E1 =hν
(8.5)
第8章
即根据能量守恒定律,光源只能发出由式（8.4)描述 的光子, 只有符合式（8.5）的光子才能被介质吸收。吸 收和发射只有在计及光子动量并服从准动量守恒定则 （选择定则）时才能发生。
光在半导体中传播时的衰减,是半导体内电子吸收 光子后从低能态向高能态跃迁的结果。在其诸多吸收 过程中,本征吸收是光敏器件的工作基础。
了光电池在光栅器件辨向及细分中的应用。
第8章
图8.12 (a) 结构原理；(b) 外形；(c) 电路符号
第8章
2. 光电池的特性 1） 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图8.13所 示。从图示曲线可以看出,不同的光电池其光谱峰值的 位置不同。硅光电池的在8000 附近,硒光电池的在5400 附近。硅光电池的光谱范围很广,在4500～11 000 之间,硒光电池的光谱范围为3400～7500 。因此,硒光电 池适用于可见光,
第8章
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，零件的厚度检测，照相机自动曝光装 置，光电码盘，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等
第8章
本征吸收又称基本吸收,其相应的跃迁过程是： 价 带电子吸收了能量大于或等于禁带宽度的光子后,跃至 导带,产生自由电子,并在价带留下自由空穴。因此,在本 征吸收时,每吸收一个光子,就产生一个电子-空穴对。 由于在本征吸收过程中被吸收的光子要满足的条件是
hν=Eg
(8.6)
且导带是由一系列能量间隔很小的能级组成的,所
A——光子流通过的面积。
第8章
量子力学指出,光的发射和吸收是与量子态间的跃迁 过程相联系的,在此过程中,光表现出其粒子性。在发射时, 光源系统由高能态E2向低能态E1跃迁,同时按能量守恒定律 发射光子：
hν=E2-E1
(8.4)
在吸收时,介质吸收光子hν后就从低能态E1跃迁到高能
态E2 。按能量守恒定律,介质系统跃迁前后的能量差应为
图8.12所示为硅光电池的结构原理、外形及电路符
号。它是用单晶硅制成的,
N型硅片上用扩散的方
法掺入一些P型杂质而形成一个大面积的PN结,P层很薄,从
而使光能穿透到PN结上。由于光线的照射,使P区带正电
荷,N区带负电荷,从而在两区之间形成电位差,即构成光电池,
若接于外电路中就可产生电流。在第7章中,我们已经看到
第8章
图8.11 （a） 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号
第8章
8.4.2
1. 光电池结构原理
光电池是有源器件,这种器件受到光照时就产生一定方 向的电动势,不需要外部电源供电。光电池的种类很多,有硒 光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、
锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。用可见光作为光 源的光电池的常用半导体材料有硒和硅等。
第8章
8.2
8.2.1 光电管 光电管的结构如图8.1所示。在一个抽成真空的玻
璃泡内装有两个电极： 阳极和光电阴极（简称阴极）。 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射光电子,光电 子被带正电位的阳极所吸引,这样在光电管内就有电子 流,在外电路中便产生了电子流,输出电压。光电流的大 小与照射在光电阴极上的光强度成正比,并与光电阴极 的材料有关。当光通量一定时,真空光电管阳极电压与 阳极电流的伏安特性曲线见图8.2
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第8章 图8.2 真空光电管的伏安特性曲线
第8章 图8.3 充气光电管的伏安特性曲线
第8章
8.2.2 光电倍增管
光电倍增管的结构如图8.4所示。它在玻璃管4内由 光电阴极1（K）、若干个倍增极2(Dn,n=4～14）和阳 极3（A）三部分组成。由一定材料制成的光电阴极K 受入射光Φ照射时,可发射出光电子,形成光电流iΦ。因 倍增极和阳极上加有一定的电位（图中经分压电阻获 得）,故光电阴极发射的光电子被第一倍增极D1的正电 压所加速,而轰击第一倍增极D1,打击出二次电子；同样, 二次电子又被第二倍增极D2的正电压所加速,而轰击第 二倍增极D2,打击出更多的二次电子。依次下去,最后全 部二次电子被带正电位的阳极A所收集,形成光电流i。
第8章
图8.10 (a) 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号
第8章
图8.11所示为光电三极管的结构原理、外形及电路 符号。图中是三极管为PNP型,也可做成NPN型。光电 三极管与光电二极管相似,但有两个PN结。光照射在发 射极e与基极b之间的PN结附近便产生光电流（几微安, 相当于三极管的基极电流）,于是在集电极c与基极基b 之间的PN结能产生几毫安电流（相当于三极管的集电 极电流）。光电三极管的通频带较窄,不如光电二极管 性能稳定,
第8章 图8.6 光敏电阻的伏安特性曲线
第8章 图8.7 光敏电阻的光照特性曲线
第8章
4.光敏电阻的光谱特性 常用光敏电阻材料的光谱特性曲线如图8.8所示。图中，
1 =1A×10-10m，为非法定计量单位，但为了表示方便，本
书仍采用此单位，此后不再说明。对于不同波长的光，光 敏电阻的灵敏度是不相同的。从图8.8中可以看出，硫化镉 的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域。因此， 在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑， 才能获得满意的结果。
i=iΦσn
(8.7)
式中：n次发射极数；σ二次电子发射系数。故输出电压
Usc=iR= iΦσn R
(8.8)
光电倍增管的优点是放大倍数很高,可达106,线性好,频率
特性好；缺点是体积大,需数百伏至1 kV的直流电压供电。光
电倍增管一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合。
第8章
8.3 光电导效应及光电元件
第8章 图8.1 光电管的结构
第8章
光电管除真空光电管外,还有充气光电管。这两种光 电管的结构基本相同,所不同的只是在充气光电管玻璃泡 内充有少量的惰性气体,如氩或氖。当光电极被光照射而 发射电子时,光电子在趋向阳极的途中撞击惰性气体的原 子,使其电离,从而使阳极电流急速增加,提高了光电管的 灵敏度。但其稳定性、频率特性等都比真空光电管的差。 图8.3给出了充气光电管的伏安特性曲线。
第8章 图8.5 某光敏电阻的结构及电路符号
第8章
8.3.2 光敏电阻的特性 1.暗电阻、亮电阻与光电流 光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时
流过的电流称为暗电流。光敏电阻受到光照射时的电阻称 为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。亮电流与暗电流 之差称为光电流。一般暗电阻越大，亮电阻越小，光敏电 阻的灵敏度越高。
8.3.1 光敏电阻的结构及原理 光敏电阻的光谱特性是选择光敏电阻器的重要依据。根
据光敏电阻的光谱特性，目前常用的有三种光敏电阻器：紫 外光敏电阻器、红外光敏电阻器和可见光光敏电阻器。
紫外光敏电阻器对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉
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、人体探测、红外光谱、红外通信等。
第8章
第8章 光电传感器
8.1 光电传感器的基本效应 8.2 外光电效应光电器件 8.3 光电导效应及光电元件 8.4 光电伏特效应及光电元件 8.5 CCD图像传感器 8.6 应用光路 思考题与习题
第8章
8.1 光电传感器的基本效应
8.1.1 半导体的粒子特性
光敏器件所探测的光包括可见光、紫外线和红外 光,在整个电磁辐射的频谱中只占很小一部分。光具有 波粒二象性,光的粒子性可用光子的概念描述。
第8章
8.1.2 半导体光电效应是半导体中束缚电子在吸收光子后所
产生的电学效应,它是各类光敏器件工作的基本原理。 半导体光电效应可分为内光电效应和外光电效应两大
类。半导体内的电子在吸收光子后,如能克服表面势垒逸出 半导体表面,会产生外光电效应。电管、光电倍增管等就是 基于外光电效应制成的光电器件。
光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻 在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102～106之间。
第8章
2. 光敏电阻的伏安特性 一般光敏电阻（如硫化铅、硫化铊）的伏安特性 曲线如图8.6所示。由该曲线可知,所加的电压越高,光电 流越大,而且没有饱和现象。在给定的电压下,光电流的 数值将随光照增强而增大。 3. 光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光照特性用于描述光电流和光照强度 之间的关系。不同光敏电阻的光照特性是不相同的。 绝大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的,如图8.7 所示。
沿r方向传播的频率为ν的单色光,可视为一束光子 流,其中每个光子具有的能量E和动能P分别为
E=hν
(8.1)
P hr
(8.2)
第8章
式中：h——普朗克常数,其值为6.626×10-34J·s ν——光的频率（s-1）;
λ——
这样,单色光的辐射功率就可写为
P（ν）=A·F·hν
(8.3)
式中：F——光子流密度（单位时间通过单位面积的光 子数）
第8章
图8.5为某光敏电阻的结构及电路符号。用来制作光敏 电阻的典型材料有硫化镉（CdS）及硒化镉（CdSe）等。 图8.5中，CDS为硫化镉。光敏半导体材料是纯电阻性的。 当无光照射时，其暗电阻值很大（大多数光敏材料的暗电 阻值超过1MΩ），电路的暗电流很小；当受到一定波长范 围的光照射时，其电阻值急剧减小，电路电流随之迅速增 加。光敏半导体材料中，除常用的硅、锗外，硫化镉、硫 化铅、锑化铟、硒化镉等的应用也日益广泛。光敏电阻阻 值的变化与光照波长有关，因此，应用时应根据光波波长 合理选择由不同材料做成的光敏电阻。光敏电阻无极性之 分，使用时在两电极间加上恒定的交流或直流电压均可。
第8章
所谓光电池的短路电流,就是反映负载电阻相对于 光电池内阻很小时的光电流。光电池的内阻是随着照 度增加而减小的,所以在不同照度下可将大小不同的负 载电阻视为近似“短路”条件。从实验中知道,负载电 阻越小,光电流与照度之间的线性关系越好,且线性范围 越宽,对不同的负载电阻,可以在不同的照度范围内,使光 电流与光强保持线性关系。所以,应用光电池作测量元 件时,所用负载电阻的大小,应根据光强的具体情况而定。 总之,负载电阻越小越好。
第8章 图8.4 光电倍增管的结构
第8章
如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子,这 个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极。
设这时第一倍增极有σ个二次电子发出,这σ个电子又轰击第二 倍增极。而其产生的二次电子又增加σ倍。经过n个倍增极后, 原先一个电子将变为σn个电子。这些电子最后被阳极所收集 而在光电阴极与阳极之间形成电流i,则
第8章 图8.8 几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线
第8章
5. 随着温度不断升高,光敏电阻的暗电阻和灵敏度都 要下降,同时温度变化也影响它的光谱特性曲线。图8.9 示出了硫化铅的光敏温度特性曲线。从图中可以看出, 它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此,有 时为了提高元件的灵敏度,或为了能够接受较长波段的 红外辐射,应采取一些致冷措施。 光敏电阻具有很高的灵敏度,光谱响应的范围可以 从紫外区域到红外区域,而且体积小,性能稳定,价格便宜； 但光照与产生的光电流之间呈非线性关系。所以,光敏 电阻在自动化技术中应用很多,在检测技术中很少使用。
第8章 图8.9 硫化铅的光敏温度特性曲线
第8章
8.4 光电伏特效应及光电元件
8.4.1 光电导结型光电元件 图8.10所示为光电二极管的结构原理、外形及电路符号。
为了便于受光, PN结装在外壳的顶部,上面有一个用透镜制成 的窗口1,以便使光线集中在PN结上。2为封装壳体,3为引出 电极。光电二极管在电路中工作在反向偏置下,即在N区接高 电位,在P区接低电位。无光照时,反向电阻高达4 MΩ。在反 向偏压作用下,有一反向电流（称为暗电流）。当有光照时, 反向电阻下降到1kΩ左右,产生光电流,实现了将光信号转变 成电信号的目的。光电二极管的主要特点是体积小,频率特 性好,
第8章 图8.13 硒光电池与硅光电池的光谱特性曲线
第8章
2） 光电池在不同的光强照射下可产生不同的光电流和光生 电动势。硅光电池的光照特性曲线如图8.14所示。从该曲线 中可以看出,短路电流在很大范围内与光强成线性关系。开 路电压随光强变化是非线性的,并且当照度在2000lx时就趋 于饱和。因此,把光电池作为测量元件时,应把它当作电流源 来使用,不宜用作电压源。
E2 - E1 =hν
(8.5)
第8章
即根据能量守恒定律,光源只能发出由式（8.4)描述 的光子, 只有符合式（8.5）的光子才能被介质吸收。吸 收和发射只有在计及光子动量并服从准动量守恒定则 （选择定则）时才能发生。
光在半导体中传播时的衰减,是半导体内电子吸收 光子后从低能态向高能态跃迁的结果。在其诸多吸收 过程中,本征吸收是光敏器件的工作基础。
了光电池在光栅器件辨向及细分中的应用。
第8章
图8.12 (a) 结构原理；(b) 外形；(c) 电路符号
第8章
2. 光电池的特性 1） 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图8.13所 示。从图示曲线可以看出,不同的光电池其光谱峰值的 位置不同。硅光电池的在8000 附近,硒光电池的在5400 附近。硅光电池的光谱范围很广,在4500～11 000 之间,硒光电池的光谱范围为3400～7500 。因此,硒光电 池适用于可见光,
第8章
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，零件的厚度检测，照相机自动曝光装 置，光电码盘，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等
第8章
本征吸收又称基本吸收,其相应的跃迁过程是： 价 带电子吸收了能量大于或等于禁带宽度的光子后,跃至 导带,产生自由电子,并在价带留下自由空穴。因此,在本 征吸收时,每吸收一个光子,就产生一个电子-空穴对。 由于在本征吸收过程中被吸收的光子要满足的条件是
hν=Eg
(8.6)
且导带是由一系列能量间隔很小的能级组成的,所
A——光子流通过的面积。
第8章
量子力学指出,光的发射和吸收是与量子态间的跃迁 过程相联系的,在此过程中,光表现出其粒子性。在发射时, 光源系统由高能态E2向低能态E1跃迁,同时按能量守恒定律 发射光子：
hν=E2-E1
(8.4)
在吸收时,介质吸收光子hν后就从低能态E1跃迁到高能
态E2 。按能量守恒定律,介质系统跃迁前后的能量差应为
图8.12所示为硅光电池的结构原理、外形及电路符
号。它是用单晶硅制成的,
N型硅片上用扩散的方
法掺入一些P型杂质而形成一个大面积的PN结,P层很薄,从
而使光能穿透到PN结上。由于光线的照射,使P区带正电
荷,N区带负电荷,从而在两区之间形成电位差,即构成光电池,
若接于外电路中就可产生电流。在第7章中,我们已经看到
第8章
图8.11 （a） 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号
第8章
8.4.2
1. 光电池结构原理
光电池是有源器件,这种器件受到光照时就产生一定方 向的电动势,不需要外部电源供电。光电池的种类很多,有硒 光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、
锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。用可见光作为光 源的光电池的常用半导体材料有硒和硅等。