第三章 光电器件
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课件：第三章 光电器件的特性参数
Ne 100%
N
光电子数
光子数
2）光电灵敏度(响应率、积分灵敏度)
光电器件的输入是辐射通量(或光通量)，输出是电信号(或视频信号)
定义：器件的输出均方根电压或电流与入射到器件上的平均光功率之比
等效短路状态输出的信号电流值
电流响应率
I
RI
AEm
Ed
0
A/W（或A/lm）
等效开路状态输出的信号电压值
物理描述
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度
表达式
Ri
di dp
i p
Ru
du dp
u p
R
i dP
单位
安/瓦 伏/瓦
安/瓦
探测器所能探测的最小光信息功率
PNEP
T ,
f
, f
EA VS / VN
瓦
等效噪声功率的倒数
D 1 VS PNEP EAVN
瓦-1
与噪声等效功率成倒数、光敏面积 D* Af / NEP 和噪声功率有关
f
b2
b2
(2
f
)2
df
b 2
即： f
1
2
时间常数决定了光电器件频率响应的带宽
作业
• 一个像增强器，其脉冲响应函数为负指数衰减型，荧光屏的发光寿命 为1 ms，如果向该像增强器的输入面输入强度按正弦规律变化（调制 度为100%）的入射光，试计算入射光交变频率分别为1KHz、10KHz和 100KHz时像增强器输出光的调制度（忽略背景噪声）。
光电器件的光谱灵敏度曲线——相对光谱灵敏度与波长的关系曲线 图3- 3 2DU型硅光电二极管的光谱响应曲线
课堂练习
• 一个光阴级在555nm单色光照射下，单色灵敏度为150μA/lm，试计算 其量子效率。
光电检测技术复习三(光生伏特器件)
问题四 半导体光电器件的特性参数与选择 1 半导体光电器件的特性参数 半导体光电器件主要包括光电导器件与光生伏特器件等两大类， 要根据具体情况选择不 同特性参数的器件。 光谱响应（nm） 光电器件 短 波 长 400 300 750 400 峰值 640 长 波 长 900 122 0 灵敏 度 (A/W ) 1A/l m 0.30.6 0.30.8 0.30.6 输出电 流(mA) 光电 响应 特性 非线 性 动态特性 频率 响应 (MHz) 0.001 上升时 间 (μ s) 200-10 00 ≤0.1 ≤100 ≤ 0.002 ≤0.1 电源 及偏 置 交、 直流 三种 偏置 暗电 流与 噪声
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
第三章 光生伏特器件 问题一 硅光生伏特器件 硅光生伏特器件具有制造工艺简单、 成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特 器件。 问题二 硅光电二极管 硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN 结硅光电二极管为 最基本的光生伏特器件。 1 工作原理—基于 PN 结的光伏特效应 2 基本结构 1) 光电二极管可分为以 P 型硅为衬底的 2DU 型 与以 N 型硅为衬底的 2CU 型两种结构形式。 如图 3-1（a）所示的为 2DU 型光电二极管的 原理结构图。 2) 图 3-1（c）所示为光电二极管的电路符号，其 中的小箭头表示正向电流的方向（普通整流二 极管中规定的正方向） ，光电流的方向与之相 反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 3 电流方程—普通二极管的电流方程 qU （反向偏置时） 且 |U|>> kT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV， ID 为 U 为负值 I ID e kT 1 很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
光电子器件_第三章光电阴极与光电倍增管
第三章 光电阴极与光电倍增管
3.1、光电管及其基本特性
光窗
Uo
（a)结构
（b)测量电路
利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制 成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件， 如光电管和光电倍增管。
1. 结构与工作原理
光电管有真空光电管和充气 光电管或称电子光电管和离子光 电管两类。两者结构相似，如图。 它们由一个阴极和一个阳极构成， 并且密封在一只真空玻璃管内。 阴极装在玻璃管内壁上，其上涂 有光电发射材料。阳极通常用金 属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻 璃管的中央。
光电 倍增 管的 光照 特性
6、光电倍增管工作原理
UOUT RL A K D D D3 D 4 1 IA 2 R1 R2 R3 R4 R5
光电倍增管及其基本特性
由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成阴极由半导体光电材料锑铯做成， 次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极可达30级。通常为 12~14级。 使用时在各个倍增电极上均加上电压，阴极电位最低，以后依次升高， 阳极最高。相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存在加速电场。
二、光电倍增管及其基本特性
当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小， 只有零点几μA，很不容易探测。这时常用光电倍增管对 电流进行放大，下图为其内部结构示意图。
1. 结构和工作原理
由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半 导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯 材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子 的，收集到的电子数是阴极 光电阴极 阳极 发射电子数的105~106倍。即 光电倍增管的放大倍数可达 几万倍到几百万倍。光电倍 增管的灵敏度就比普通光电 管高几万倍到几百万倍。因 第一倍增极 第三倍增极 此在很微弱的光照时，它就 能产生很大的光电流。 入射光
3.1、光电管及其基本特性
光窗
Uo
（a)结构
（b)测量电路
利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制 成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件， 如光电管和光电倍增管。
1. 结构与工作原理
光电管有真空光电管和充气 光电管或称电子光电管和离子光 电管两类。两者结构相似，如图。 它们由一个阴极和一个阳极构成， 并且密封在一只真空玻璃管内。 阴极装在玻璃管内壁上，其上涂 有光电发射材料。阳极通常用金 属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻 璃管的中央。
光电 倍增 管的 光照 特性
6、光电倍增管工作原理
UOUT RL A K D D D3 D 4 1 IA 2 R1 R2 R3 R4 R5
光电倍增管及其基本特性
由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成阴极由半导体光电材料锑铯做成， 次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极可达30级。通常为 12~14级。 使用时在各个倍增电极上均加上电压，阴极电位最低，以后依次升高， 阳极最高。相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存在加速电场。
二、光电倍增管及其基本特性
当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小， 只有零点几μA，很不容易探测。这时常用光电倍增管对 电流进行放大，下图为其内部结构示意图。
1. 结构和工作原理
由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半 导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯 材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子 的，收集到的电子数是阴极 光电阴极 阳极 发射电子数的105~106倍。即 光电倍增管的放大倍数可达 几万倍到几百万倍。光电倍 增管的灵敏度就比普通光电 管高几万倍到几百万倍。因 第一倍增极 第三倍增极 此在很微弱的光照时，它就 能产生很大的光电流。 入射光
光 电 器 件
光电器件
1.发光二极管与光电二极管
1）、发光二极管 LED 发光器件
结构：由能发光的化合物半导体材料制作成PN结 功能：将电能转换成光能。
工作原理：PN结加正向电压导通时，发光； PN结加反向电压截止时，不发光。
导通电压：1 ~ 2V 导通电流：几 ~ 几十毫安，须接限流电阻
2
2）、光电二极管 受光器件
功能：将光能转换反向电流很小。
注意：光电二极管工作在反向状态！
3
3）光电三极管 受光器件
E（-）
C（+） 功能：将光能转换成电能，且有电流放大作用。
工作原理：无光照时，暗电流为 IC=（1+）ICBO； 有光照时，光电流为 IC=（1+）IL 。 IL为光照时流过集电结的反向电流。
注意：光电三极管工作时，发射结正偏， 集电结反偏！
4
4）光电耦合器
+
C
-
E
功能：由光将输入端的电信号传递到输出端。
工作原理： 输入端加电信号
发光二极管发光
光电三极管受光产生电流输出
特点：输入输出电气隔离，抗干扰能力强； 传输信号失真小，工作稳定可靠。
5
1.发光二极管与光电二极管
1）、发光二极管 LED 发光器件
结构：由能发光的化合物半导体材料制作成PN结 功能：将电能转换成光能。
工作原理：PN结加正向电压导通时，发光； PN结加反向电压截止时，不发光。
导通电压：1 ~ 2V 导通电流：几 ~ 几十毫安，须接限流电阻
2
2）、光电二极管 受光器件
功能：将光能转换反向电流很小。
注意：光电二极管工作在反向状态！
3
3）光电三极管 受光器件
E（-）
C（+） 功能：将光能转换成电能，且有电流放大作用。
工作原理：无光照时，暗电流为 IC=（1+）ICBO； 有光照时，光电流为 IC=（1+）IL 。 IL为光照时流过集电结的反向电流。
注意：光电三极管工作时，发射结正偏， 集电结反偏！
4
4）光电耦合器
+
C
-
E
功能：由光将输入端的电信号传递到输出端。
工作原理： 输入端加电信号
发光二极管发光
光电三极管受光产生电流输出
特点：输入输出电气隔离，抗干扰能力强； 传输信号失真小，工作稳定可靠。
5
第三章结型光电器件ppt课件
因此在具体讨论光伏探测器的工作特性之前，首 先必须弄清楚它的工作模式问题。
.
2
一、 结型光电器件工作原理
为了便于理解在后面将要引入的光伏探测器的
等效电PN路结，光有伏必探要测先器讨的论典一型下结光构伏如探图测所器示的。光电转
换规律。
为了说明光功率
转换成光电流的关系，
设想光伏探测器两端
被短路，并用一理想
池和可见光区。
.
20
3.频率特性
结型光电器件，PN结内载流子的扩散、漂移，产 生与复合都需要一定的时间，当光照变化很快时，光 电流变化就滞后于光照变化。
对矩形脉冲光，用光电流上升时间常数tr和下降 时间常数tf来表征光电流滞后于光照的程度；对正弦
型光照常用频率特性曲线表示
由图可见：负载大时频
率特性变差右，图减为小硅负光载可减
IP与光照有关，
随着光照增大
开路电压 短路电流 不同光照下的伏而安增特大性曲线
.
7
光伏效应有两个重要参数:
开路电压和短路电流
当负载电阻RL断开(IL＝0)时，P端对N端的电压 称为开路电压，用Uoc表示
Uoc
kTln1( q
Ip I0
)
UockqTlnII0 p ()kqTlnS(E I0 E)
当RL＝0 时所得的电流 称为光电池短路电流， 以Isc表示
IscIp SEE
在要在线求性输测出量电中流,光与光
Voc
照度电实成池际这线常应就以性用是电关时硅流系，光形都时电式接池，使负载 电负阻载用在，,因的光条此开电件短路池路许电光电可压照流的和与的短情负这况下
越照载小范的种重越围特线要关路性好内性的系电曲关光，使出,流线由系 照并用什与此是特限麽光图光性?制照可电的在看池强光
第三章_光电检测技术常用器件及应用
无极性，使用方便；
在强光照射下，光电线性度较差 响应时间较长，频率特性较差。
第六页，编辑于星期一：五点 五十九分。
•光敏电阻 (LDR) 和它的符号：
符号
第七页，编辑于星期一：五点 五十九分。
1. 光敏电阻的工作原理
光敏电阻结构：在一块均匀光电导体两端加上电极，
贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上， 两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳 内。（如图）
不同光照度对应不同直线
第二十二页，编辑于星期一：五点 五十九分。
Ø受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能 超过最高工作电压， Ø图中虚线为允许功耗曲线
Ø由此可确定光敏电阻正常工作电压。
第二十三页，编辑于星期一：五点 五十九分。
频率特性
光敏电阻时间常数比较大，其上限截止频 率低。只有PbS光敏电阻的频率特性稍好些，
红外波段。
空穴
电子 ΔＥ
空穴
价带
第十一页，编辑于星期一：五点 五十九分。
光电导与光电流
光敏电阻两端加电压（直流或交流）．无光照时，阻
值（暗电阻）很大，电流（暗电流）很小；光照时， 光生载流子迅速增加，阻值（亮电阻）急剧减
少．在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形
成光电流（亮电流）。
光电流：亮电流和暗电流之I光 差；
不同照度时的伏-安特性曲线一般硅光电池工作
在第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏 安特性将延伸到第三象限？？
I L I p I D I p I 0 ( e q / k V 1 T ) S E E I 0 ( e q / k V 1 T )
硅光电 池的电 流方程
式
IL I0(eq/k V T1 ) ID
在强光照射下，光电线性度较差 响应时间较长，频率特性较差。
第六页，编辑于星期一：五点 五十九分。
•光敏电阻 (LDR) 和它的符号：
符号
第七页，编辑于星期一：五点 五十九分。
1. 光敏电阻的工作原理
光敏电阻结构：在一块均匀光电导体两端加上电极，
贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上， 两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳 内。（如图）
不同光照度对应不同直线
第二十二页，编辑于星期一：五点 五十九分。
Ø受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能 超过最高工作电压， Ø图中虚线为允许功耗曲线
Ø由此可确定光敏电阻正常工作电压。
第二十三页，编辑于星期一：五点 五十九分。
频率特性
光敏电阻时间常数比较大，其上限截止频 率低。只有PbS光敏电阻的频率特性稍好些，
红外波段。
空穴
电子 ΔＥ
空穴
价带
第十一页，编辑于星期一：五点 五十九分。
光电导与光电流
光敏电阻两端加电压（直流或交流）．无光照时，阻
值（暗电阻）很大，电流（暗电流）很小；光照时， 光生载流子迅速增加，阻值（亮电阻）急剧减
少．在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形
成光电流（亮电流）。
光电流：亮电流和暗电流之I光 差；
不同照度时的伏-安特性曲线一般硅光电池工作
在第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏 安特性将延伸到第三象限？？
I L I p I D I p I 0 ( e q / k V 1 T ) S E E I 0 ( e q / k V 1 T )
硅光电 池的电 流方程
式
IL I0(eq/k V T1 ) ID
光电器件的原理与应用
新型材料在光电 器件中的应用
新型材料如钙钛矿、 石墨烯等在光电器件 中的应用将带来新的 突破。随着材料科学 的发展，光电器件的 性能和功能将得到进 一步提升。
光电一体化技术的发展趋势
无缝集成
光电一体化技术 将不断完善，实 现光学和电子器
件的无缝集成
91%
推动应用
光电一体化技术 将推动光电器件 在通信、传感、 光学成像等领域
扩展波长响应范围
适应不同波长的光信号 实现更广泛的应用范围
91%
光电倍增管的未来发展
光电倍增管作为光学信号处理领域的重要组件， 将会在新型材料、工艺及结构设计的推动下不断 创新。未来的光电倍增管将更加高效、稳定，应 用范围也将不断拓展，为光学检测和放大提供更 多可能性。
● 06
第6章 光电器件的未来发展
用于光控制系统中的自动开关
02 传感器
应用在光学传感器中，实现高精度测量
03 光学测量
用于光学设备精确测量
光电晶体管的发展趋势
需求增加
随着光通信、激光雷达技 术发展，光电晶体管需求 持续增加
技术进步
新型材料、工艺和结构设 计推动技术不断进步
应用拓展
满足不同应用场景需求， 应用领域不断拓展
91%
总结
光电二极管的工作原理
光照射
光子激发电子
响应速度
光电二极管是光 电器件中响应速 度最快的器件之
一
91%
电流发生
光子能量激发PN结中电子，形
成电流
光电二极管的特点与优势
01 响应速度快
光电二极管具有快速的信号响应速度
02 灵敏度高
光电二极管具有较高的光敏度
03 工作稳定
光电技术 第4-3节 半导体结型光电器件
3、光电导器件的光电效应主要依赖于 非平衡载流子中多数载流子的产生与复合 运动，驰豫时间大，响应速度慢，频率响 应性能较差。而光伏器件主要依赖于结区 非平衡载流子中少数载流子的漂移运动， 驰豫时间短，频率特性好。 4、有些器件如APD（雪崩二极管）、 光电三极管等具有很大的内增益，不仅灵 敏度高，还可以通过较大的电流。 基于上述特点，PV探测器应用非常广 泛，多用于光度测量、光开关、图象识别、 自动控制等方面。
1、光电池的结构特点
光电池核心部分是一个PN结，一般作成 面积大的薄片状，来接收更多的入射光。 在N型硅片上扩散P型杂质（如硼），受 光面是P型层 或在P型硅片上扩散N型杂质（如磷）， 受光面是N型层
受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作 用和保护作用。
上电极做成栅状，便于更多的光入射。 由于光子入射深度有限，为使光照到PN 结上，实际使用的光电池制成薄P型或薄N型。
§3半导体结型光电器件
半导体结型光电器件是利用半导体PN结光生伏特效应来工作的光电探测器， 简称PV（photovoltall）探测器。按照对 光的敏感“结”的种类不同，又可分为 pn结型，PIN型，金属一半导体结型（肖 特基势垒型）和异质结型，最常用的光伏 探测器有光电池、光电二极管、光电三极 管、PIN管，雪崩光电二极管等。
开关测量（开路电压输出）。
线性检测（短路电流输出）
随着负载RL的增大，线性范围将越来越小。 因此，在要求输出电流与光照度成线性关系时， 负载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限 制在适当的光照范围内使用。
4、光电池的应用
（1）光电探测器件
利用光电池做探测器有频率响应高，光电
流随光照度线性变化等特点。
一、结型光电器件工作原理
1、平衡下的P-N结 由半导体理论可得： ①势垒高度
第三章光生伏特器件2-1介绍
其中的小实箭际头上表，示不正是向不电能流加的正方向向电（压普，通只整是流正二极管中规 定的正方接向以）后，就光与电普流通的二方极向管与一之样相，反只。有图单中向的前极为光 照面，后导极电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性背，光而面表。现不出它的光电效应。
2、光电二极管的电流方程
在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二 极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样，如 图3-2所示。其电流方程为
限制PN结硅光电二极管时间响应的主要因素。
另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻 RL构成的时间常数τRC，τRC为
PN结电容由势垒电R容C Cc b和j(扩Ri散电R 容L)Cd组成。（3-5）
普电势负垒 离容通电子CP容，Nj常各C结为b具是硅几有由光一个空电定间P二的f电，电荷极在量区管负。引的当载起管外的电加芯。阻反空内R向间阻L低电电R压荷于i约变区5大为0内0时有2Ω5，不时0空能Ω，间移，时电动P荷间的N区正结常 数 变宽也，在存n储s的数电量荷级量。增但加；是当，外当加负反载向电电压阻变R小L很时，大空时间，电时荷区间变常
•与光电池相比：
共同点：均为一个PN结，利用光生伏特效应， SiO2保护膜
不同点： （1）结面积比光电池的小，频率特性好
（2）常在反偏压下工作 （3）衬底材料的掺杂浓度不同，光电池高
•国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为 2CU和2DU两种系列。
光电二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N型 硅为衬底的2CU型两种结构形式。 图3-1（a）所示的为2DU型光电二极管的原理结构图。 图3-1（b）为光电二极管的工作原理图 图3-1（c）所示为光电二极管的电路符号
PIN型光电二极管
为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN 结外光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之 间生成I型层，构成如图3-6（a）所示的PIN结构光电二 极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外 形上没有什么区别，都如图3-6（b）所示。
光电探测技术与应用 课后习题与答案
/,(1t )e n N e ητλ∇=--代入（1-83），并对其求导即可得半导体材料在弱辐射下的光电导灵敏度为/2,(1t )g e dgq S d hcl e λτμλ-==-∅，由此可知时间t 响应越长，灵敏度越高。
解：在微弱信号的辐射下， 将式（1-80）2 对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会如何？1 试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下，时间响应越长，灵敏度越高。
间常数不相同。
在照度相同而温度不同时，其光电导灵敏度不相同和时间常数也不相同。
其材料性质已经一样，只是决定了的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异，决定了值不同，照度相同决定光生电子浓度相同，温度不同决定热生电子浓度不同，同样也决定了值不同。
由（1-85）和（1-88）推出光电灵敏度不相解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时同，由（2-5）和（2-11）推出其时间常数不相同。
3 设某只CdS 光敏电阻的最大功耗为30mW ，光电导灵敏度S g =0.5⨯10-6S /lx ，暗电导g 0=0。
试求当CdS 光敏电阻上的偏置电压为20V 时的极限照度。
最大照度2(2P ()g gI PE US U S ==2=22500 lx最小照度2P gI PE US U S ===150 lxI p g US E r 得解：由式（2-1）应如何调整电阻器R ？4 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的CdS 光敏电阻用作光电传感器，若已知继电器绕组的电阻为5K Ω，继电器的吸合电流为2mA ，电阻R =1K Ω。
求为使继电器吸合所需要的照度。
要使继电器在3lx 时吸合，问第三章 光电导器件光电探测技术与应用 主编：郝晓剑 李仰军 国防工业出版社*1000=208 V 由2()PgIE US == 369.8 lxU C r I p g US E 得，在光照度在3lx 时，入射辐射很弱，r=1，由Pg S E==220—0.002*（5+R ）*1000，推出R=820Ω，故应将R 值调到820Ω。
光电子器件 第3章_光电阴极和光电倍增管
金属因其自由电子浓度大，光电子逸出深度很浅， 因此金属不是良好的光电发射体。
非简并半导体，自由电子很少， 电子散射可以忽略。
能量损失的主要原因： 晶格散射、 光电子与价键中电子的碰撞 这种碰撞电离产生了二次电
子空穴对。
desc
半导体
界面 真空
例：对于硅材料，当被激的光电子与晶格发生散射，相互
交换声子；每散射一次，平均损失能量为0.06eV， 相应平均自
编号规则：
根据国际电子工业协会的规定，把NEA光电阴极 出现以前的各种光电阴极,按其发现的先后顺序和所配 的窗材料的不同以S-数字形式编排，
常称为实用光电阴极。
1.银氧铯光电阴极
❖ 银氧铯(Ag-O-Cs) (S-1) 是最早出现的一种实用光电阴极，它对可见光和
近红外灵敏，早期在红外变像管中得到应用，在实 用光电阴极中可用于红外探测。
❖ 锑铯光电阴极制备工艺比较简单，仅由Cs和Sb两种 元素组成，结构简单。
3．多碱光电阴极
❖ 锑铯光电阴极是锑与一种碱金属的化合物，也可称 为单碱光电阴极。
❖ 锑与几种碱金属形成化合物，其中有 双碱(如Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs等)， 三碱(如Sb-Na-K-Cs) 四碱(如Sb-K-Na-Rb-Cs)等，
光 热
因为在绝对零度时光电子处在最高能量即费米能
级，金属逸出功多数要大于3eV，所以金属的光谱
响应大多在紫外区。
因为本征半导体的费米能级是在禁带中间，如图3-3。
热
E0
EF
1 2
Eg
EA
光
热
1 2
Eg
❖ 所以对于半导体，其光电逸出功和热电子发射逸出 功是不同的。对于杂质发射体，其光电子发射中心 是在杂质能级上。
非简并半导体，自由电子很少， 电子散射可以忽略。
能量损失的主要原因： 晶格散射、 光电子与价键中电子的碰撞 这种碰撞电离产生了二次电
子空穴对。
desc
半导体
界面 真空
例：对于硅材料，当被激的光电子与晶格发生散射，相互
交换声子；每散射一次，平均损失能量为0.06eV， 相应平均自
编号规则：
根据国际电子工业协会的规定，把NEA光电阴极 出现以前的各种光电阴极,按其发现的先后顺序和所配 的窗材料的不同以S-数字形式编排，
常称为实用光电阴极。
1.银氧铯光电阴极
❖ 银氧铯(Ag-O-Cs) (S-1) 是最早出现的一种实用光电阴极，它对可见光和
近红外灵敏，早期在红外变像管中得到应用，在实 用光电阴极中可用于红外探测。
❖ 锑铯光电阴极制备工艺比较简单，仅由Cs和Sb两种 元素组成，结构简单。
3．多碱光电阴极
❖ 锑铯光电阴极是锑与一种碱金属的化合物，也可称 为单碱光电阴极。
❖ 锑与几种碱金属形成化合物，其中有 双碱(如Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs等)， 三碱(如Sb-Na-K-Cs) 四碱(如Sb-K-Na-Rb-Cs)等，
光 热
因为在绝对零度时光电子处在最高能量即费米能
级，金属逸出功多数要大于3eV，所以金属的光谱
响应大多在紫外区。
因为本征半导体的费米能级是在禁带中间，如图3-3。
热
E0
EF
1 2
Eg
EA
光
热
1 2
Eg
❖ 所以对于半导体，其光电逸出功和热电子发射逸出 功是不同的。对于杂质发射体，其光电子发射中心 是在杂质能级上。
第三章_光生伏特器件
二、硅光电池
2、硅光电池的工作原理
硅光电池的工作原理是光照中p-n结开路状态时的物理过程， 它的主要功能是在不加偏置电压情况下将光信号转换成电信号。
硅光电池的电流方程为
qU
IL IP ID (e kT 1)
qILR L
IP ID (e kT 1)
二、硅光电池
3、硅光电池的输出功率
I /%
100
1
2Байду номын сангаас
80
60
40
20
1——硒光电池 2——硅光电池
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 λ/μm
3、硅光电池的特性参数
（4）频率特性
光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。
光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。
由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。
制作光电二极管的材料很多，有硅、锗、砷化 镓、碲化铅等，在可见光区应用最多的是硅光电 二极管。
三、硅光电二极管
1、硅光电二极管的工作原理
硅光电二极管工作在光电导工作模式。在无光照时，若给p-n 结加上一个适当的反向电压，流过p-n结的电流称反向饱和电 流或暗电流。
当硅光电二极管被光照时，则在 结区产生的光生载流子将被内建 电场拉开，在外加电场的作用下 形成了以少数载流子漂移运动为 主的光电流。光照越强，光电流 就越大。
时它趋U向于0零。
第二项 代I D 表反向饱和电流，它的方向与正向电流方向相 反，它随反向偏压的增大而增大，渐渐趋向饱和值，故称反 向饱和电流，也是温度的函数，即随温度升高有所增大。
一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
第三章光电技术PMT
K
二、 光电倍增管的基本特性
1.
灵敏度
（1）阴极灵敏度 定义光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量 之比为阴极的光谱灵敏度，并记为
S k ,λ
Ik Φe, λ
若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK与 光谱辐射通量的积分之比，记为Sk
Sk Ik
0 e, λ d
（2）阳极灵敏度 定义光电倍增管阳极输出电流Ia与入射光谱辐射 通量之比为阳极的光谱灵敏度，并记为
影响暗电流的主要因素：
1. 欧姆漏电 2. 热发射 3. 残余气体放电
4. 场致发射
5. 玻璃壳放电和玻璃荧光
8.
疲劳与衰老
光电阴极材料和倍增极材料中一般都含有铯金 属。当电子束较强时，电子束的碰撞会使倍增极和 阴极板温度升高，铯金属蒸发，影响阴极和倍增极
的电子发射能力，使灵敏度下降。甚至使光电倍增
2.
为什么纯金属不适合用作光电阴极材料？ 金属材料是否满足上述4点？
——其反射率为90%，吸收光能少； ——体内自由电子多，由于碰撞引起的能量散射损 失大，逸出深度小； ——逸出功大（>3eV），难逸出金属表面，量子 效率低； —— 光 谱 响 应 在 紫 外 或 远 紫 外 区 （ 红 限 不 长 于 600nm），适于紫外灵敏的光电器件。
EcN
Ec
EA
Eg
E
本征半导体
Eg
E
(a ) (b)
N型半导体
ED
Eg
E
(c )
P型半导体
P
EA
电子亲和势（EA）—— 指导带底上的电子向真空逸出所需要 的能量。 光电逸出功 —— 指材料在绝对零度时光电子逸出表面所需的 最低能量。描述材料表面对电子束缚的强弱。
《光电器件》幻灯片
在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对 红外线探测时，锗管较为适宜。
伏安特性 当光照时，反向电流随着光照强度的增大而 增大。 频率特性 光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流 （或相对灵敏度）随频率变化的关系。 温度特性 光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光 电流与温度的关系。
光电池
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上 是一个大面积的PN结，当光照射在PN结的一个面，在 结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动 势。
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, 一般有金属封装和塑料封装两种。 耦合器常见的组 合形式如下图
图(a)所示的组合形式结构简单、成本较低, 且输出电流较大, 可达100 mA, 响应时间为3～4μs。 图(b)形式结构简单, 成 本较低、 响应时间快, 约为1μs, 但输出电流小, 在50～300 μA之间。图（c）形式传输效率高, 但只适用于较低频率的 装置中。 图（d）是一种高速、高传输效率的新颖器件。对 图中所示无论何种形式, 为保证其有较佳的灵敏度, 都考虑了 发光与接收波长的匹配。
基本特性
光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。 光照特性 光电池在不同光照度下，其光电流和光生 电动势是不同的 。
频率特性 硅光电池有较好的频率响应 。
温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压 和短路电流随温度变化的情况。
光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电 接收元件合并使用, 以光作为媒介传递信号的光电器件。 光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管, 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管 或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可分为用 于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光 电开关。
伏安特性 当光照时，反向电流随着光照强度的增大而 增大。 频率特性 光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流 （或相对灵敏度）随频率变化的关系。 温度特性 光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光 电流与温度的关系。
光电池
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上 是一个大面积的PN结，当光照射在PN结的一个面，在 结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动 势。
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, 一般有金属封装和塑料封装两种。 耦合器常见的组 合形式如下图
图(a)所示的组合形式结构简单、成本较低, 且输出电流较大, 可达100 mA, 响应时间为3～4μs。 图(b)形式结构简单, 成 本较低、 响应时间快, 约为1μs, 但输出电流小, 在50～300 μA之间。图（c）形式传输效率高, 但只适用于较低频率的 装置中。 图（d）是一种高速、高传输效率的新颖器件。对 图中所示无论何种形式, 为保证其有较佳的灵敏度, 都考虑了 发光与接收波长的匹配。
基本特性
光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。 光照特性 光电池在不同光照度下，其光电流和光生 电动势是不同的 。
频率特性 硅光电池有较好的频率响应 。
温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压 和短路电流随温度变化的情况。
光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电 接收元件合并使用, 以光作为媒介传递信号的光电器件。 光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管, 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管 或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可分为用 于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光 电开关。
光电信号检测第三章第一部分光电二极管
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
CdS的光电特 性
E
3.1.2、光敏电阻特性参数 2、伏安特性（输出特性）
一定光照下，光敏电 阻的光电流与所加电压关 系即为伏安特性。 光敏电阻为一纯电阻， 符合欧姆定律，曲线为直线 。但对大多数半导体，电场 伏 强度超过 10 厘米时，不再 遵守欧姆定律。而CdS在100V 时就不成线性了。
入光的照度、工作温度有 明显的依赖关系。
当E=0.11lx时，光敏电阻tr=1.4s，
1 3
2
E=10lx时， 光敏电阻tr=66mS,
E=100lx时， 光敏电阻tr=6mS。
10
2
10 3 f/Hz
10
4
105
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
应用：照相机、光度计、光电自动控制、辐射测 量、能量辐射、物体搜索和跟踪、红外成像和红外 通信等技术方面制成的光辐射接收器件。
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
3.1.2、光敏电阻特性参数
1、光电特性
光敏电阻的光电流I光与输入辐射照度有下列关系式：
信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch311311光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻原理及符号光敏电阻原理及符号光敏电阻符号工作原理工作原理信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch电极入射光当当入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和负载电阻可输出电信号此时可得出光电导负载电阻可输出电信号此时可得出光电导gg与光电流电流i光光的表达式为
CdS的光电特 性
E
3.1.2、光敏电阻特性参数 2、伏安特性（输出特性）
一定光照下，光敏电 阻的光电流与所加电压关 系即为伏安特性。 光敏电阻为一纯电阻， 符合欧姆定律，曲线为直线 。但对大多数半导体，电场 伏 强度超过 10 厘米时，不再 遵守欧姆定律。而CdS在100V 时就不成线性了。
入光的照度、工作温度有 明显的依赖关系。
当E=0.11lx时，光敏电阻tr=1.4s，
1 3
2
E=10lx时， 光敏电阻tr=66mS,
E=100lx时， 光敏电阻tr=6mS。
10
2
10 3 f/Hz
10
4
105
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
应用：照相机、光度计、光电自动控制、辐射测 量、能量辐射、物体搜索和跟踪、红外成像和红外 通信等技术方面制成的光辐射接收器件。
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
3.1.2、光敏电阻特性参数
1、光电特性
光敏电阻的光电流I光与输入辐射照度有下列关系式：
信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch311311光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻原理及符号光敏电阻原理及符号光敏电阻符号工作原理工作原理信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch电极入射光当当入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和负载电阻可输出电信号此时可得出光电导负载电阻可输出电信号此时可得出光电导gg与光电流电流i光光的表达式为
光电器件的原理
光电器件的原理一、引言光电器件是指利用光电效应将光能转化为电能或将电能转化为光能的器件，广泛应用于通信、医疗、工业等领域。
本文将介绍光电器件的原理。
二、光电效应1.定义光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时，会发生物理现象，即从材料表面发射出带有动能的电子。
2.原理当金属或半导体表面受到一定频率的光照射时，会激发出材料内部的自由电子。
这些自由电子具有一定动能，如果它们在材料表面遇到一个势垒（如金属表面），就可以跃出材料并形成一个外部的电流。
这就是光电效应。
三、常见的光电器件1. 光敏二极管(1)定义：光敏二极管是利用半导体PN结的单向导通性和内部载流子浓度随外界可见光照射强度变化而变化的特性制成的。
(2)原理：当可见光照射到PN结上时，会产生内部载流子，并且PN结的电阻值会发生变化，因此就可以检测到光信号。
2. 光电二极管(1)定义：光电二极管是利用PN结的单向导通性和内部载流子浓度随外界光照射强度变化而变化的特性制成的。
(2)原理：当光照射到PN结上时，会产生内部载流子，并且PN结的电阻值会发生变化，因此就可以检测到光信号。
3. 光电探测器(1)定义：光电探测器是一种能将光信号转换为电信号的器件。
(2)原理：当可见光照射到探测器上时，会产生内部载流子，并且探测器的电阻值会发生变化，因此就可以检测到光信号并将其转换为电信号。
四、应用1. 通讯领域在通讯领域中，光敏二极管和光电探测器被广泛应用于接收和发送端。
例如，在光纤通讯中，通过将信息转换为脉冲光信号进行传输。
2. 医疗领域在医疗领域中，利用激光和其他光源对组织进行切割和治疗。
同时，光电探测器也被用于医学成像，例如X光、MRI等。
3. 工业领域在工业领域中，利用激光器对金属进行切割和焊接。
同时，利用光电器件检测和控制工业生产过程中的各种参数。
五、总结本文介绍了光电效应的原理，并介绍了几种常见的光电器件及其原理和应用。
随着科技的不断发展，相信在未来会有更多更先进的光电器件被应用于各个领域。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。