PPT《第六章 光电传感器6.1 概述一、光电传感器概念将光的有关参...》

V0―电子脱离材料表面的初速度.外光电效应条件:h≥A说明:半导体的材料不同,则所需外光电效应的A值不同,各种材料的A值也对应了各材料所需光的最低频率―红线频率;

对于h≥ A的光,光强越大,则光子数目越多,产生光电子数目越多,若对所产生的光电子提供闭合电路,则对应的光电流就越大.

二、内光电效应概念:在光的照射下,半导体材料自身的电导特性发生变化或产生电动势的现象称内光电效应.类型:光电导效应;

光生伏特效应1.光电导效应原理:各种半导体材料内部的原子最外层电子的状态可以用其所具有的能量大小来衡量,用能级

图表示为:导带:此能级区域的电子呈自由状态,可参与导电,材料导带上电子数目的多少关系到其导电能力的强弱.禁带:此区域不存在电子,材料不同,Eg不同.价带:此能级区域电子受价键控制,处于键合状态,材料不同,其分子 结构不同,对应的键合性质及键合强度不同,键合强度可用Eg大小衡量. 光电导效应分析 若要改善半导体导电性能,就必须设法增加导带状态的自由电子数目,方法之一?是可以从价带状态的电子对象来争取,光电效应就是,半导体材料中的原子核最外层价带能级中的电子吸收光子能量后,发生能级跃迁成为导带能级中的自由电子,即产生电子-空穴对,从而使半导体材料的自由电子数目和导电率/电阻两者发生变化,(两者贡献熟轻熟重?)率:比率、单位时间内------数目,电率:单位时间内,电(子、荷)数目导电率:单位时间内通过导体截面电(子、荷)数目为什么只有半导体材料才具有良好的光电效应?导体、绝缘体及半导体光电性能比较分析如下: (1)导体概念:能使电流、实质上能使电粒子(电子、空穴及离子等)通过/导的材料体.能级图特点:导带电子数目多(外层电子几乎完全自由、位于导带),其核心价值/意义是,导体自身的电子自由了,则对外来带电粒子的进、出也就自由了,即导体材料对电路中的带电粒子起着 搭桥通路 的作用,当然了,导体中的自由电子也算电回路中电流的组成部分.光电性能:外层电子(自由电子)几乎全部处于导带(无禁带、价带),光的作用几乎无法改变导带上的电子数目,所以导体材料不能作为光电传感器元件. (2)绝缘体:概念:几乎不能使电流、实质上不能使带电粒子(电子、空穴及离子等)通过/导的材料体;

能级图特点:原子核外层的电子几乎全部处于价带区域的能量位置(被束缚),导带上几乎没有电子,且Eg很大(说明禁带很宽,即价带上的电子被牢牢束缚);

光电性能:由于核外层的电子几乎完全处于价带位置(被深深束缚),且Eg很大(禁带很宽),所以光的作用几乎无法将价带位置的电子激发到导带状态上去,这样,材料内部的电子就出不去,也就无法使材料外部电子进得来,所以绝缘体也不能作为光电传感器. (3)半导体:概念:电流、实质上是带电粒子(电子、空穴及离子等)通过/导的能力处于导体与绝缘体之间的材料体;

能级图特点:有少量的电子处于导带,虽然大量数目的电子处于价带,但其受键的控制不是很强烈,即Eg较小(禁带较窄);

光电性能:根据半导体能级结构特点,价带中的电子若获得一定的光能量就可以跳跃到导带状态(成为自由电子),且跳跃到导带状态(成为自由电子)的电子数目与光强大小有关,这就是半导体材料可以作为光电导传感器元件的原因. 电阻值―电导? 2.光生伏特效应/光电池原理光电池概念当PN结吸收光能后,在PN结两端点之间产生电动势的效应.光电池产生原理:如右图:形成光电池的充要条件:必要条件:PN结充分条件:光激励 6.3 光电器件(传感器)类型:外光电(特性)传感器;