光电检测技术讲课.ppt

——复习;教材 《光电检测技术与应用》第二版 郭培源、付扬编著，北京航空航天大学出版社;课程主要内容;本章内容： 1.1 信息技术及光电检测技术 1.2 光电检测与光电传感器概念 1.3 光电检测系统的组成及特点 1.4 光电检测方法及应用发展趋势;光电检测系统;接收到的 光场;透镜;课程主要内容;本章内容： 2.1 光电检测器件的物理基础 2.2 光电检测器件的特性参数;辐射光入射到某些半导体，光子（电磁波）与物质微粒相互作用，引起光电效应和光热效应。;物质受光照射后，材料电学性质发生了变化（发射电子、电导率的改变、产生感生电动势）现象。 外光电效应：产生电子发射 内光电效应：内部电子能量状态发生变化—— 光电导效应、光生伏特效应 ;光照射的物质电导率发生改变，光照变化引起材料电导率变化，是光电导器件工作的基础。 物理本质：光照到半导体材料时，晶格原子或杂质原子的束缚态电子吸收光子能量并被激发为传导态自由电子，引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。 包括本征和非本征两种，对应本征和杂质半导体材料。;本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。 入射光子能量h ν大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激光出电子空穴对，使材料产生光电导效应。针对本征半导体材料。即： h ν Eg 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。;基本公式：;杂质半导体中施主或受主吸收光子能量后电离中，产生自由电子或空穴，从而增加材料电导率的现象。杂质半导体禁带宽度比本征小很多，因此更容易电离，响应波长比本征材料要长得多。用EI表示杂质半导体的禁带宽度，则截止波长：λ0=hc/EI。  特点：容易受热激发产生的噪声的影响，常工作在低温状态。;达到内部动态平衡的半导体PN结，在光照的作用下，在PN结的两端产生电动势，称为光生电动势。这就是光生伏特效应，简称光伏效应。;P;物质受光照后，由于温度变化造成材料性质发生变化的现象。 与光电效应的区别：光电效应中，光子能量直接变为光电子的能量，光热效应中，光能量与???格相互作用使其运动加剧，造成温度的升高，从而引起物质相关电学特性变化。;极化晶体：晶体中的正负电荷的中心不重合，表面束缚电荷。;入射光照射材料由于受热而造成电阻率变化的现象。; 由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。;本章内容： 2.1 光电检测器件的物理基础 2.2 光电检测器件的特性参数;热噪声 热噪声是由载流子无规则热运动造成的。 ;散粒噪声 散粒噪声也称散弹噪声，是由穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。;课程主要内容;3.1 光敏电阻 3.2 光生伏特器件 3.2.1 光电池 3.2.2 光电二极管与光电三极管 3.3 发光器件 3.4 光电耦合器件 3.5 光电位置敏感器件 3.6 光热辐射检测器件;U;光敏电阻的伏安特性;3.1 光敏电阻 3.2 光生伏特器件 3.2.1 光电池 3.2.2 光电二极管与光电三极管 3.3 发光器件 3.4 光电耦合器件 3.5 光电位置敏感器件 3.6 光热辐射检测器件;按用途 太阳能光电池：用作电源（效率高，成本低） 测量用光电池：探测器件（线性、灵敏度高等） 按材料 硅光电池 硒光电池 砷化镓光电池 锗光电池 ;光电池的伏安特性;光电池的等效电路;光电二极管与光电池的比较 属于光生伏特器件，基本结构相同，核心是一个PN结。 光电二极管的光敏面小，结面积小，频率特性好，虽然光生电动势相同，但光电流普遍比光电池小，为数微安。 掺杂浓度：光电池约为1016~1019/cm3，光电二极管约为1012~1013/cm3。 光电池零偏压下工作，光电二极管反偏压下工作。;光电二极管的工作原理;光电二极管的伏安特性;2、 光电三极管;;伏安特性;3.1 光敏电阻 3.2 光生伏特器件 3.2.1 光电池 3.2.2 光电二极管与光电三极管 3.3 发光器件 3.4 光电耦合器件 3.5 光电位置敏感器件 3.6 光热辐射检测器件;发光二极管（LED）;发光二极管的工作原理;发光二极管的光谱特性;3.1 光敏电阻 3.2 光生伏特器件 3.2.1 光电池 3.2.2 光电二极管与光电三极管 3.3 发光器件 3.4 光电耦合器件 3.5 光电位置敏感器件 3.6 光热辐射检测器件;3.4 光电耦合器件;3.1 光敏电阻 3.2 光生伏特器件 3.2.1 光电