第8章1無動畫

1、第第 8 章章 光電式傳感器光電式傳感器 8.1 光電器件 8.2 光纖傳感器 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。8.1 光電器件光電器件 光電式傳感器是將光量轉(zhuǎn)化成電量的一種傳感器，光電式傳感器是將光量轉(zhuǎn)化成電量的一種傳感器，其基礎是光電轉(zhuǎn)換元件或者叫做光電器件的其基礎是光電轉(zhuǎn)換元件或者叫做光電器件的光電效應光電效應。 此光電器件是光電傳感器的檢測元件，其先將被此光電器件是光電傳感器的檢測元件，其先將被測非電量轉(zhuǎn)換成光量，再將光量轉(zhuǎn)化成電量測非電量轉(zhuǎn)換成光量，再將光量轉(zhuǎn)化成電量 光電器件響應快、結構簡單、使用方便

2、，而且可以光電器件響應快、結構簡單、使用方便，而且可以實現(xiàn)非接觸測量，還有較高的可靠性，在自動檢測、實現(xiàn)非接觸測量，還有較高的可靠性，在自動檢測、計算機和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用計算機和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用 光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應一一.光電效應光電效應光子是具有能量的粒子，每個光子的能量：光子是具有能量的粒子，每個光子的能量：E=hh普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.62610-34Js；光的頻率（光的頻率（s-1）1 1、外光電效應、外光電效應 在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象發(fā)射的

3、現(xiàn)象稱為外光電效應。向外發(fā)射的電子叫做光稱為外光電效應。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦墓怆娖骷泄怆姽?、光電倍電子?；谕夤怆娦墓怆娖骷泄怆姽?、光電倍增管等。增管等。 是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應。光電傳感器的工作原理基能量，從而產(chǎn)生的電效應。光電傳感器的工作原理基于光電效應。光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應于光電效應。光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應兩大類兩大類 根據(jù)愛因斯坦假設，一個電子只能接受一個根據(jù)愛因斯坦假設，一個電子只能接受一個光子的能量，所以要使一個電子從物體表面逸出光子的能量

4、，所以要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。外光電超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。外光電效應多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從光開始照射效應多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過至金屬釋放電子所需時間不超過10- -9s。 根據(jù)能量守恒定理根據(jù)能量守恒定理 02021Amh該方程稱為愛因斯坦光電效應方程。該方程稱為愛因斯坦光電效應方程。 式中式中 m電子質(zhì)量；電子質(zhì)量；v0電子逸出速度。電子逸出速度。 n光電子能否產(chǎn)生，取決于光電子的能量是否大于該物光電子能否產(chǎn)生

5、，取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功體的表面電子逸出功A0。不同的物質(zhì)具有不同的逸出功，。不同的物質(zhì)具有不同的逸出功，即每一個物體都有一個對應的光頻閾值，稱為即每一個物體都有一個對應的光頻閾值，稱為紅限頻率紅限頻率或波長限或波長限。光線頻率低于紅限頻率，光子能量不足以使。光線頻率低于紅限頻率，光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出，因而小于紅限頻率的入射光，光強物體內(nèi)的電子逸出，因而小于紅限頻率的入射光，光強再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之，入射光頻率高于紅再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之，入射光頻率高于紅限頻率，即使光線微弱，也會有光電子射出。限頻率，即使光線微弱，也會有光電子射出。n當

6、入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強成當入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強成正比。即光強愈大，意味著入射光子數(shù)目越多，逸出的正比。即光強愈大，意味著入射光子數(shù)目越多，逸出的電子數(shù)也就越多。電子數(shù)也就越多。n光電子逸出物體表面具有初始動能光電子逸出物體表面具有初始動能mv02 /2 ，因此外光，因此外光電效應器件（如光電管）即使沒有加陽極電壓，也會有電效應器件（如光電管）即使沒有加陽極電壓，也會有光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零，必須加負的截止電壓，光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零，必須加負的截止電壓，而且截止電壓與入射光的頻率成正比。而且截止電壓與入射光的頻率成正比。 當光照射在物體上，

7、使物體的電阻率當光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應，叫做內(nèi)光電效應，它多發(fā)生于半導體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)它多發(fā)生于半導體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應分為光電效應分為光電導效應光電導效應和和光生伏特效應光生伏特效應兩類：兩類：2 2、內(nèi)光電效應、內(nèi)光電效應（1） 光電導效應光電導效應 在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化，態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導效應?；谶@種效應的這種現(xiàn)象被稱為光電導效應?；谶@種

8、效應的光電器件有光敏電阻。光電器件有光敏電阻。過程：過程：當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內(nèi)的電子帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導率變大。和價帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導率變大。不存在電子所占能帶不存在電子所占能帶導帶導帶價帶價帶禁帶禁帶自由電子所占能帶自由電子所占能帶價電子所占能帶價電子所占能帶Eg 材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一材料的光導性能決定于禁帶寬度，對

9、于一種光電導材料，總存在一個照射光波長限種光電導材料，總存在一個照射光波長限0，只有波長小于只有波長小于0的光照射在光電導體上，才能的光照射在光電導體上，才能產(chǎn)生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電產(chǎn)生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電導率增加。導率增加。式中式中、分別為入射光的頻率和波長。分別為入射光的頻率和波長。 Eg24. 1hch為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度材料的禁帶寬度Eg，即，即 （2） 光生伏特效應光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光

10、生伏特效應電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應。 基于該效應的光電器件有光電池和光敏二極管、基于該效應的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。三極管。 利用物質(zhì)在光的照射下發(fā)射電子的利用物質(zhì)在光的照射下發(fā)射電子的外光電效應外光電效應而制而制成的光電器件，一般都是真空的或充氣的光電器件，成的光電器件，一般都是真空的或充氣的光電器件，如光電管和光電倍增管。如光電管和光電倍增管。二二.光電管及其基本特性光電管及其基本特性1. 1. 結構與工作原理結構與工作原理兩者結構相似，如圖。它們由一個兩者結構相似，如圖。它們由一個陰極陰極和一個和一個陽極陽極構成，并且密封在一只真空玻璃管內(nèi)。陰極裝在玻構成，并且密封在一

11、只真空玻璃管內(nèi)。陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。陽極通常用璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。陽極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。光電管的結構示意圖光電管的結構示意圖 光陽極光電陰極光窗 光電管有真空光電管和光電管有真空光電管和充氣光電管或稱電子光充氣光電管或稱電子光電管和離子光電管兩類電管和離子光電管兩類。 光電器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜光電器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應時間、峰值探測率和溫度特性來描述。特性、響應時間、峰值探測率和溫度特性來描述。2. 2. 主要性能主要性能 在一定的光照射

12、在一定的光照射下，對光電器件的陰下，對光電器件的陰極所加電壓與陽極所極所加電壓與陽極所產(chǎn)生的電流之間的關產(chǎn)生的電流之間的關系稱為光電管的伏安系稱為光電管的伏安特性。光電管的伏安特性。光電管的伏安特性如圖所示。它是特性如圖所示。它是應用光電傳感器參數(shù)應用光電傳感器參數(shù)的主要依據(jù)。的主要依據(jù)。光電管的伏安特性5020lm40lm60lm80lm100lm120lm100150200024681012陽極與末級倍增極間的電壓/VIA/ A（1） 光電管的伏安特性（2） 光電管的光照特性曲線曲線2為為銻銫陰極銻銫陰極的光的光電管光照特性，它成電管光照特性，它成非線性關系。非線性關系。光電管的光照特性光

13、電管的光照特性255075100200.51.5 2.0/1mIA/ A1.02.51 通常指當光電管的陽極和陰極之間所加通常指當光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定電壓一定時，時，光通量與光電流光通量與光電流之間的關系為光電管的光照特性。之間的關系為光電管的光照特性。其特性曲線如圖所示。曲線其特性曲線如圖所示。曲線1表示表示氧銫陰極氧銫陰極光電管的光電管的光照特性，光電流光照特性，光電流I與與光通量成線性關系光通量成線性關系。光照特性曲線的斜率（光光照特性曲線的斜率（光電流與入射光光通量之間電流與入射光光通量之間比）稱為光電管的靈敏度比）稱為光電管的靈敏度。 （3）光電管光譜特性 保持光通量和

14、陰極電壓不變，陽極電流與光波長保持光通量和陰極電壓不變，陽極電流與光波長之間的關系叫光電管的光譜特性。之間的關系叫光電管的光譜特性。 一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率同的紅限頻率0，因此它們可用于不同的光譜范圍。，因此它們可用于不同的光譜范圍。 照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率0，并且強度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的并且強度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量還會不同，即同一光電管對于不同頻率光電子的數(shù)量還會不同，即同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光

15、電管的光譜特性。的光的靈敏度不同，這就是光電管的光譜特性。 對各種不同波長區(qū)域的光，應選用不同材料的光對各種不同波長區(qū)域的光，應選用不同材料的光電陰極。電陰極。三.光電倍增管及其基本特性 當入射光很微弱時，普通光電管產(chǎn)生的光電流很當入射光很微弱時，普通光電管產(chǎn)生的光電流很小，只有零點幾小，只有零點幾A，很不容易探測。這時常用光電倍，很不容易探測。這時常用光電倍增管對電流進行放大，下圖為其內(nèi)部結構示意圖。增管對電流進行放大，下圖為其內(nèi)部結構示意圖。由由光陰極、光陰極、次陰極次陰極(倍增電極倍增電極)以及以及陽極陽極三部分組成。三部分組成。入射光光電陰極第一倍增極陽極第三倍增極1. 1. 結構和工

16、作原理結構和工作原理光陰極是由半導體光電材料銻銫做成；光陰極是由半導體光電材料銻銫做成；次陰極是在鎳或銅次陰極是在鎳或銅-鈹?shù)囊r底上涂上銻鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料而形成的，銫材料而形成的，次陰極多的可達次陰極多的可達30級；級； 陽極是最后用來收集電子的，收集到的電子數(shù)是陰陽極是最后用來收集電子的，收集到的電子數(shù)是陰極發(fā)射電子數(shù)的極發(fā)射電子數(shù)的105106倍。即光電倍增管的放大倍數(shù)倍。即光電倍增管的放大倍數(shù)可達幾萬倍到幾百萬倍。光電倍增管的靈敏度就比普可達幾萬倍到幾百萬倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬倍到幾百萬倍。因此在很微弱的光照通光電管高幾萬倍到幾百萬倍。因此在很微弱的光照時，它就

17、能產(chǎn)生很大的光電流。時，它就能產(chǎn)生很大的光電流。入射光光電陰極第一倍增極陽極第三倍增極2. 2. 主要參數(shù)主要參數(shù)（1）倍增系數(shù)M 倍增系數(shù)倍增系數(shù)M等于等于n個倍增電極的二個倍增電極的二次電子發(fā)射系數(shù)次電子發(fā)射系數(shù)的乘積。如果的乘積。如果n個倍增電極的個倍增電極的都相同，都相同，則則M= 因此，陽極電流因此，陽極電流 I 為為 I = i ninii i 光電陰極的光電流光電陰極的光電流光電倍增管的電流放大倍數(shù)光電倍增管的電流放大倍數(shù)為為= I / i =niM與所加電壓有關，與所加電壓有關，M在在105108之間，穩(wěn)定性為之間，穩(wěn)定性為1左右，加速電壓穩(wěn)定性要在左右，加速電壓穩(wěn)定性要在0.

18、1以內(nèi)。如果有波動，以內(nèi)。如果有波動，倍增系數(shù)也要波動，因此倍增系數(shù)也要波動，因此M具有一定的統(tǒng)計漲落。一具有一定的統(tǒng)計漲落。一般陽極和陰極之間的電壓為般陽極和陰極之間的電壓為10002500V，兩個相鄰的，兩個相鄰的倍增電極的電位差為倍增電極的電位差為50100V。對所加電壓越穩(wěn)越好，。對所加電壓越穩(wěn)越好，這樣可以減小統(tǒng)計漲落，從而減小測量誤差。這樣可以減小統(tǒng)計漲落，從而減小測量誤差。 103 104 105 106255075100125極間電壓極間電壓/V 放大倍數(shù)放大倍數(shù)光電倍增管的特性曲線光電倍增管的特性曲線（2）光電陰極靈敏度和光電倍增管總靈敏度 一個光子在陰極上能夠打出的平均電子

19、數(shù)一個光子在陰極上能夠打出的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的叫做光電倍增管的陰極靈敏度陰極靈敏度。而一個光子在。而一個光子在陽極上產(chǎn)生的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的陽極上產(chǎn)生的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的總總靈敏度靈敏度。 光電倍增管的最大靈敏度可達光電倍增管的最大靈敏度可達10A/lm，極，極間電壓越高，靈敏度越高；但極間電壓也不能間電壓越高，靈敏度越高；但極間電壓也不能太高，太高反而會使陽極電流不穩(wěn)太高，太高反而會使陽極電流不穩(wěn)。 另外，由于光電倍增管的靈敏度很高，所另外，由于光電倍增管的靈敏度很高，所以不能受強光照射，否則將會損壞。以不能受強光照射，否則將會損壞。 （3）暗電流和本底脈沖 一般在使

20、用光電倍增管時，必須把管子放在暗室里一般在使用光電倍增管時，必須把管子放在暗室里避光使用，使其只對入射光起作用；但是由于環(huán)境溫避光使用，使其只對入射光起作用；但是由于環(huán)境溫度、熱輻射和其它因素的影響，即使沒有光信號輸入，度、熱輻射和其它因素的影響，即使沒有光信號輸入，加上電壓后陽極仍有電流，這種電流稱為加上電壓后陽極仍有電流，這種電流稱為暗電流暗電流，這，這是熱發(fā)射所致或場致發(fā)射造成的，這種暗電流通?？墒菬岚l(fā)射所致或場致發(fā)射造成的，這種暗電流通常可以用補償電路消除。以用補償電路消除。 如果光電倍增管與閃爍體放在一處，在完全蔽光如果光電倍增管與閃爍體放在一處，在完全蔽光情況下，出現(xiàn)的電流稱為情況

21、下，出現(xiàn)的電流稱為本底電流本底電流，其值大于暗電流。，其值大于暗電流。增加的部分是宇宙射線對閃爍體的照射而使其激發(fā)，增加的部分是宇宙射線對閃爍體的照射而使其激發(fā)，被激發(fā)的閃爍體照射在光電倍增管上而造成的，被激發(fā)的閃爍體照射在光電倍增管上而造成的，本底本底電流電流具有具有脈沖形式脈沖形式。 光電光電倍增倍增管的管的光照光照特性特性與直線最大與直線最大偏離是偏離是3%10131010109107105103101在在45mA處飽和處飽和10141010106102光通量/1m陽陽極極電電流流/ A（4）光電倍增管的光譜特性 光譜特性反應了光電倍增管的陽極輸出電流與照射光譜特性反應了光電倍增管的陽極

22、輸出電流與照射在光電陰極上的光通量之間的函數(shù)關系。對于較好的在光電陰極上的光通量之間的函數(shù)關系。對于較好的管子，在很寬的光通量范圍之內(nèi)，這個關系是線性的，管子，在很寬的光通量范圍之內(nèi)，這個關系是線性的，即入射光通量小于即入射光通量小于10-4lm時，有較好的線性關系。光通時，有較好的線性關系。光通量大，開始出現(xiàn)非線性，如圖所示。量大，開始出現(xiàn)非線性，如圖所示。 利用物質(zhì)在光的照射下電導性能改變或產(chǎn)生電動勢利用物質(zhì)在光的照射下電導性能改變或產(chǎn)生電動勢的光電器件的光電器件稱稱內(nèi)光電效應器件，常見的有內(nèi)光電效應器件，常見的有光敏電阻光電光敏電阻光電池和光敏晶體管等。池和光敏晶體管等。8.1.1 內(nèi)光

23、電效應器件內(nèi)光電效應器件一、光敏電阻 光敏電阻又稱光導管，為純電阻元件，其工作原理光敏電阻又稱光導管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導效應，其阻值隨光照增強而減小。是基于光電導效應，其阻值隨光照增強而減小。優(yōu)點：優(yōu)點：靈敏度高，光譜響應范圍寬，體積小、重量輕、靈敏度高，光譜響應范圍寬，體積小、重量輕、機械強度高，耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命機械強度高，耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等。長等。不足不足：需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。：需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。 1. 1. 光敏電阻的工作原理和結構光敏電阻的工作原理和結構1.24eVgh chE 當光照射到光電導體上時，若光電

24、導體為本征半當光照射到光電導體上時，若光電導體為本征半導體材料，而且光輻射能量又足夠強，光導材料價帶導體材料，而且光輻射能量又足夠強，光導材料價帶上的電子將激發(fā)到導帶上去，從而使導帶的電子和價上的電子將激發(fā)到導帶上去，從而使導帶的電子和價帶的空穴增加，致使光導體的電導率變大。帶的空穴增加，致使光導體的電導率變大。為實現(xiàn)能為實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶級的躍遷，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度寬度Eg，即，即 一種光電導體，存在一個照射光的波長限一種光電導體，存在一個照射光的波長限C，只有，只有波長小于波長小于C的光照射在光電導體上，才能產(chǎn)生電子在的光照射在光電導

25、體上，才能產(chǎn)生電子在能級間的躍遷，從而使光電導體電導率增加。能級間的躍遷，從而使光電導體電導率增加。式中式中和和入射光的頻率和波長。入射光的頻率和波長。2. 2. 光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。阻的靈敏度越高。 （1 1）暗電阻、亮電阻、光電流）暗電阻、亮電阻、光電流暗電流：暗電流：光敏電阻在室溫條件下，全暗（無光照射）光敏電阻在室溫條件下，全暗（無光照射）后經(jīng)過一定時

26、間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時在后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時在給定電壓下流過的電流。給定電壓下流過的電流。亮電流：亮電流：光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻。此時流過的電流。下的亮電阻。此時流過的電流。光電流：光電流：亮電流與暗電流之差。亮電流與暗電流之差。 實用的光敏電阻的暗電阻往往超過實用的光敏電阻的暗電阻往往超過1M,甚至高達甚至高達100M，而亮電阻則在幾，而亮電阻則在幾k以下，暗電阻與亮電阻之以下，暗電阻與亮電阻之比在比在102106之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。 （2 2）光照特

27、性）光照特性 下圖表示下圖表示CdS光敏電阻的光照特性。在一定外加電光敏電阻的光照特性。在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關系。不同壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的線性。因此它不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關。不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關。012345I/mA L/lx10002000（3 3）光譜特性）光譜特性204060801004080120160200240/m31

28、2相相對對靈靈敏敏度度1硫化鎘硫化鎘2硒化鎘硒化鎘3硫化鉛硫化鉛 光譜特性與光敏電阻的材料有關。從圖中可知，硫光譜特性與光敏電阻的材料有關。從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。（4） 伏安特性U/V但是電壓不能無限地增大但是電壓不能無限地增大，因為任

29、何光敏電阻都受，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定最高工作電壓和最大額定電流，可能導致光敏電阻電流，可能導致光敏電阻永久性損壞。永久性損壞。501001502001202040I/ A 在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關系稱為伏安特性。圖中曲線間的關系稱為伏安特性。圖中曲線1、2分別表示照度為分別表示照度為零零及照度為及照度為某值某值時的伏安特性。由曲線可知，在給定偏時的伏安特性。由曲線可知，在給定偏壓下壓下,光照度較大，光電流也越大。在一

30、定的光照度下，光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。（5）頻率特性所以它們的頻率特性也不所以它們的頻率特性也不同，如圖。同，如圖。硫化鉛硫化鉛的使用的使用頻率比頻率比硫化鎘硫化鎘高得多，但高得多，但多數(shù)多數(shù)光敏電阻的光敏電阻的時延都比時延都比較大，所以，它不能用在較大，所以，它不能用在要求快速響應的場合。要求快速響應的場合。20406080100I / %f / Hz010102103104硫化鉛硫化鎘 當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到

31、穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也段時間才能達到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏，電阻時延特性不同，材料的光敏，電阻時延特性不同，（6）穩(wěn)定性I / %408012016021T/h0400 800 1200 1600升，有些樣品阻值下降，但升，有些樣品阻值下降，但最后達到一個穩(wěn)定值后就不最后達到一個穩(wěn)定值后就不再變了。這就是光敏電阻的再變了。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點。主要優(yōu)點。 圖中曲線圖中曲線1、2分別表示兩種型號分別表示兩種型號CdS光敏電阻的穩(wěn)光敏電阻的穩(wěn)定性。初制成的光敏電阻，由于定性

32、。初制成的光敏電阻，由于體內(nèi)機構工作不穩(wěn)定體內(nèi)機構工作不穩(wěn)定，以及以及電阻體與其介質(zhì)的作用還沒有達到平衡電阻體與其介質(zhì)的作用還沒有達到平衡，所以性，所以性能是不夠穩(wěn)定的。但在人為地加溫、光照及加負載情能是不夠穩(wěn)定的。但在人為地加溫、光照及加負載情況下，經(jīng)一至二周的老化，性能可達穩(wěn)定。光敏電阻況下，經(jīng)一至二周的老化，性能可達穩(wěn)定。光敏電阻在開始一段時間的老化過程中，有些樣品阻值上在開始一段時間的老化過程中，有些樣品阻值上 光敏電阻的使用壽命在光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況密封良好、使用合理的情況下，幾乎是下，幾乎是無限長無限長的。的。 （7）溫度特性I / A100150200-5

33、0-1030 5010-30T / C2040608010001.02.03.04.0/mI/mA+20 C-20 C 其性能其性能(靈敏度、暗電阻靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動。硫化鎘的光電流線的峰值向波長短的方向移動。硫化鎘的光電流I和和溫度溫度T的關系如圖所示。有時為了提高靈敏度，或為的關系如圖所示。有時為了提高靈敏度，或為了能夠接收較長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，了能夠接收較長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，可利用制冷器使光敏電阻的溫度

34、降低?？衫弥评淦魇构饷綦娮璧臏囟冉档?。8.1.2 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 光電二極管和光電池一樣，其光電二極管和光電池一樣，其基本結構也是一個基本結構也是一個PN結結。它和光電池相比，重要的不同點是。它和光電池相比，重要的不同點是結面積小，結面積小，因此它的頻率特性特別好因此它的頻率特性特別好。光生電勢與光電池相同，光生電勢與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾A到幾十到幾十A。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結構分，有同質(zhì)結與異質(zhì)結之分。極管等許多種

35、。按結構分，有同質(zhì)結與異質(zhì)結之分。其中最典型的是同質(zhì)結硅光電二極管。其中最典型的是同質(zhì)結硅光電二極管。1. 1. 光敏二極管光敏二極管 光敏二極管符號如圖。鍺光敏二極管有光敏二極管符號如圖。鍺光敏二極管有A，B，C，D四類；硅光敏二極管有四類；硅光敏二極管有2CU1AD系列、系列、2DU14系系列。列。RL 光PN光敏二極管接線光敏二極管接線PN光光光敏二極管符號光敏二極管符號 光敏二極管的結構與一般二極管相似、它裝在透明光敏二極管的結構與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其玻璃外殼中，其PN結裝在管頂，可直接受到光照射。結裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于光敏二極管

36、在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)反向工作狀態(tài)，如圖，如圖所示。所示。 光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小。反向電流也叫做電流很小。反向電流也叫做暗電流暗電流 當光不照射時，光敏二極管處于載止狀態(tài)，這時只當光不照射時，光敏二極管處于載止狀態(tài)，這時只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流小的反向電流即暗電流 受光照射時，受光照射時，PN結附近受光子轟擊，吸收其能量而結附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子產(chǎn)生電子- -空穴對，從而使空穴對，從而使P區(qū)和區(qū)和N區(qū)的少

37、數(shù)載流子濃度區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場的作用下，大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入?yún)^(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入N區(qū)，區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入子渡越阻擋層進入P區(qū)，從而使通過區(qū)，從而使通過PN結的反向電流大結的反向電流大為增加，這就形成了光電流為增加，這就形成了光電流。 光敏二極管的光電流光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關系與照度之間呈線性關系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等方面的應用。方面的應用。PPNNNPe b bc RL Ee

38、c2. 2. 光敏三極管光敏三極管光敏三極管有光敏三極管有PNP型和型和NPN型兩種，如圖。其結構與一型兩種，如圖。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益般三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一邊做只是它的發(fā)射極一邊做的很大的很大,以擴大光的照射面積以擴大光的照射面積,且其基極不接引線。當集電且其基極不接引線。當集電極加上正電壓極加上正電壓,基極開路時基極開路時,集電極處于反向偏置狀態(tài)。集電極處于反向偏置狀態(tài)。 當光線照射在集電結的基區(qū)時當光線照射在集電結的基區(qū)時,會產(chǎn)生電子會產(chǎn)生電子-空穴對空穴對,在內(nèi)電場的作用下在內(nèi)電場的作用下,光生電子被拉到集電極光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空基

39、區(qū)留下空穴穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子這樣便有大量的電子流向集電極流向集電極,形成輸出電流形成輸出電流,且集電極電流為光電流的且集電極電流為光電流的倍。倍。 光敏三極管的主要特性：光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個最佳靈敏度的峰值波光敏三極管存在一個最佳靈敏度的峰值波長。當入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降長。當入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降。因為光子能量太小，不足以激發(fā)電子空穴對。因為光子能量太小，不足以激發(fā)電子空穴對。（1 1）光譜特性）光譜特性 當入射光的波長縮短時，相對靈敏度也下降，當入射光的波長縮短時，相對靈敏度也下降，

40、這是由于光子在半導體表面附近就被吸收，并且這是由于光子在半導體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)的電子空穴對不能到達在表面激發(fā)的電子空穴對不能到達PN結，因而使結，因而使相對靈敏度下降。相對靈敏度下降。相對靈敏度/%硅鍺入射光/40008000120001600010080604020 0硅的峰值波長為硅的峰值波長為9000，鍺的峰值波長為，鍺的峰值波長為15000。由于鍺管的暗電流比硅管大，因。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管的性能較差。故在可見光或探測赤此鍺管的性能較差。故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般選用硅管；但對紅外熱狀態(tài)物體時，一般選用硅管；但對紅外線進行探測時線進行探測時,則采

41、用鍺管較合適。則采用鍺管較合適。光敏晶體管的伏安特性（2 2）伏安特性）伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時的輸出特性一樣。因此，只要將入射同的基極電流時的輸出特性一樣。因此，只要將入射光照在發(fā)射極光照在發(fā)射極e與基極與基極b之間的之間的PN結附近，所產(chǎn)生的光結附近，所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。光敏三極管能把光信號變成電信號，而且輸出體管。光敏三極管能把

42、光信號變成電信號，而且輸出的電信號較大。的電信號較大。0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI/mA24620406080U/V光敏晶體管的光照特性光敏晶體管的光照特性I / AL/lx200400600800100001.02.03.0（3 3）光照特性）光照特性 光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的輸出電流光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關系。它和照度之間的關系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關系。當光照足夠大們之間呈現(xiàn)了近似線性關系。當光照足夠大(幾幾klx)時，會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既時，會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，

43、從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關元件?？勺骶€性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關元件。 暗電流/mA光電流/mA10 20 30 40 50 60 70T /C25 050100 02003004001020 30 4050 60 70 80T/C光敏晶體管的溫度特性（4 4）溫度特性）溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關系。從特性曲極管的暗電流及光電流與溫度的關系。從特性曲線可以看出，溫度變化對光電流的影響很小，而線可以看出，溫度變化對光電流的影響很小，而對暗電流的影響很大所以電子線路中應該對暗對暗電流的影響很大

44、所以電子線路中應該對暗電流進行溫度補償，否則將會導致輸出誤差。電流進行溫度補償，否則將會導致輸出誤差。（5 5）光敏三極管的頻率特性）光敏三極管的頻率特性0100100050050001000020406010080RL=1kRL=10kRL=100k入射光調(diào)制頻率 / HZ相對靈敏度/%圖4.3-15光敏晶體管的頻率特性 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應。一般來說，光敏三極管的頻率響應比光高頻率響應。一般來說，光敏三極管的頻率響應比光敏

45、二極管差。對于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在敏二極管差。對于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在5kHz以下。硅管的頻率響應要比鍺管好。以下。硅管的頻率響應要比鍺管好。8.1.3光電池光電池 光電池是利用光生伏特效應把光直接轉(zhuǎn)變成電光電池是利用光生伏特效應把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件能的器件。由于它可把太陽能直接變電能，因此又。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應制成的，稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的PN結，當光照結，當光照射在射在PN結上時，在結的兩端出現(xiàn)電動勢。結上時，在結的兩端出現(xiàn)電動勢。命

46、名方式：命名方式：把光電池的半導體材料的名稱冠于光電池把光電池的半導體材料的名稱冠于光電池(或太陽能電池或太陽能電池)之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前硅光電池等。目前,應用最廣、最有發(fā)展前途的是硅應用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。光電池。l硅光電池價格便宜，硅光電池價格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光受紅外光。l硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低(0.02)、壽命短，適于接、壽命短，適于接收可見光收可見光(響應峰值波長響應峰值波長0.56m)，最適宜制造照度計。，最適宜制造照度計。l砷化鎵光電池轉(zhuǎn)

47、換效率比硅光電池稍高，光譜響應砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應特性則與太陽光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受特性則與太陽光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面的應用是有發(fā)展前途的。探測器等電源方面的應用是有發(fā)展前途的。1. 1. 光電池的結構和工作原理光電池的結構和工作原理 硅光電池的結構如圖所示。它是在一塊硅光電池的結構如圖所示。它是在一塊N型硅片上型硅片上用擴散的辦法摻入一些用擴散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)型雜質(zhì)(如硼如硼)形成形成PN結。結。當光照到當光照到PN結區(qū)時，如果光子

48、能量足夠大，將在結區(qū)結區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結區(qū)附近激發(fā)出電子附近激發(fā)出電子- -空穴對，在空穴對，在N區(qū)聚積負電荷，區(qū)聚積負電荷，P區(qū)聚區(qū)聚積正電荷，這樣積正電荷，這樣N區(qū)和區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差區(qū)之間出現(xiàn)電位差。光電池的示意圖光電池的示意圖+光PNSiO2RL(a) 光電池的結構圖光電池的結構圖I光(b) 光電池的工作原理示意圖光電池的工作原理示意圖 P N若將若將PN結兩端用導線連起來，電路中有電流流過，結兩端用導線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。開，就可測出光生電動勢。光電

49、池的表示符號、基本電路及等效電路如圖所示。光電池的表示符號、基本電路及等效電路如圖所示。IUIdUIRLI(a)(b)(c)圖圖4.3-17 光電池符號和基本工作電路光電池符號和基本工作電路（1 1）光照特性）光照特性2. 基本特性L/klx L/klx 5432100.10.20.30.40.5246810開路電壓Uoc /V0.10.20.30.4 0.50.30.1012345Uoc/VIsc /mAIsc/mA(a) 硅光電池硅光電池(b)硒光電池硒光電池開路電壓短路電流短路電流開路電壓曲線：光生電動勢與照度之間的特性曲線，開路電壓曲線：光生電動勢與照度之間的特性曲線，當照度為當照度為

50、2000lx時趨向飽和。時趨向飽和。短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線短路電流短路電流，指外接負載相對于光電池內(nèi)阻而言是，指外接負載相對于光電池內(nèi)阻而言是很小的。光電池在不同照度下，其內(nèi)阻也不同，很小的。光電池在不同照度下，其內(nèi)阻也不同，因而應選取適當?shù)耐饨迂撦d近似地滿足因而應選取適當?shù)耐饨迂撦d近似地滿足“短路短路”條件。條件。 下圖表示硒光電池在不同負載電阻時的下圖表示硒光電池在不同負載電阻時的光照特性。從圖中可以看出，負載電阻光照特性。從圖中可以看出，負載電阻RL越小，越小，光電流與強度的線性關系越好，且線性范圍越寬。光電流與強度的線性關系越好

51、，且線性范圍越寬。L/klx 02468100.10.20.30.40.5I/mA50 10010005000RL=0(2) (2) 光譜特性光譜特性204060801000.40.60.81.01.20.2I / %12/m1硒光電池2硅光電池光電池的光譜特性決定于材料。從曲線可看出，硒光光電池的光譜特性決定于材料。從曲線可看出，硒光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在540nm附近，適宜測可見光。硅光電池應用的范圍附近，適宜測可見光。硅光電池應用的范圍400nm1100nm，峰值波長在，峰值波長在850nm附近，因此硅光附近，因此硅光

52、電池可以在很寬的范圍內(nèi)應用。電池可以在很寬的范圍內(nèi)應用。(3) (3) 頻率特性頻率特性204060801000I / %1234512f / kHz1硒光電池2硅光電池 光電池作為測量、計數(shù)、接收元件時常用調(diào)制光光電池作為測量、計數(shù)、接收元件時常用調(diào)制光輸入。光電池的頻率響應就是指輸出電流隨調(diào)制光輸入。光電池的頻率響應就是指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關系。由于光電池頻率變化的關系。由于光電池PN結面積較大，極間結面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。圖示為光電池的頻率響電容大，故頻率特性較差。圖示為光電池的頻率響應曲線。由圖可知，硅光電池具有較高的頻率響應，應曲線。由圖可知，硅光電池具有較高

53、的頻率響應，如曲線如曲線2，而硒光電池則較差，如曲線，而硒光電池則較差，如曲線1。（4 4）溫度特性）溫度特性ISC 短路電流2004060904060UOC/ mVT / CISCUOCISC / A600400200UOC開路電壓硅光電池在1000lx照度下的溫度特性曲線 光電池的溫度特性是指開路電壓和短路電流隨溫度光電池的溫度特性是指開路電壓和短路電流隨溫度變化的關系。由圖可見，開路電壓與短路電流均隨溫度變化的關系。由圖可見，開路電壓與短路電流均隨溫度而變化，它將關系到應用光電池的儀器設備的溫度漂移而變化，它將關系到應用光電池的儀器設備的溫度漂移，影響到測量或控制精度等主要指標，因此，當

54、光電池，影響到測量或控制精度等主要指標，因此，當光電池作為測量元件時，最好能保持溫度恒定，或采取溫度補作為測量元件時，最好能保持溫度恒定，或采取溫度補償措施。償措施。8.1.5光固態(tài)圖象傳感器光固態(tài)圖象傳感器1 1CCDCCD的結構和基本原理的結構和基本原理 CCD的的MOS結構結構P型Si耗盡區(qū)電荷轉(zhuǎn)移方向123輸出柵輸入柵輸入二極管輸出二極管 SiO2光固態(tài)圖象傳感器由光固態(tài)圖象傳感器由光敏元件陣列光敏元件陣列和和電荷轉(zhuǎn)移器件電荷轉(zhuǎn)移器件集合集合而成。它的核心是而成。它的核心是電荷轉(zhuǎn)移器件電荷轉(zhuǎn)移器件CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件最常用的是電

55、荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)。CCD自自1970年問世以后，由于它的低噪聲等年問世以后，由于它的低噪聲等特點，特點，CCD圖象傳感器廣泛的被應用在微光電視攝像、圖象傳感器廣泛的被應用在微光電視攝像、信息存儲和信息處理等方面。信息存儲和信息處理等方面。 CCD是由若干個電荷耦合單元組成，該單元的結是由若干個電荷耦合單元組成，該單元的結構如圖所示。構如圖所示。CCD的最小單元是在的最小單元是在P型（或型（或N型）硅型）硅襯底上生長一層厚度約為襯底上生長一層厚度約為120nm的的SiO2，再在，再在SiO2層層上依次沉積鋁電極而構成上依次沉積鋁電極而構成MOS的電容

56、式轉(zhuǎn)移器。將的電容式轉(zhuǎn)移器。將MOS陣列加上輸入、輸出端，便構成了陣列加上輸入、輸出端，便構成了CCD。 當向當向SiO2表面的電極加正偏壓時，表面的電極加正偏壓時，P型硅襯底中形型硅襯底中形成耗盡區(qū)（勢阱），耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加成耗盡區(qū)（勢阱），耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。其中的少數(shù)載流子（電子）被吸收到最高正偏壓大。其中的少數(shù)載流子（電子）被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi)（如圖中電極下的區(qū)域內(nèi)（如圖中1極下），形成電荷包（勢極下），形成電荷包（勢阱）阱）。對于。對于N型硅襯底的型硅襯底的CCD器件，電極加正偏壓時，器件，電極加正偏壓時，少數(shù)載流子為空穴。少數(shù)載流子為空穴。 如何

57、實現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢？電荷轉(zhuǎn)移的控制方法，如何實現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢？電荷轉(zhuǎn)移的控制方法，非常類似于步進電極的步進控制方式。也有二相、三相非常類似于步進電極的步進控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式為例說明控制電等控制方式之分。下面以三相控制方式為例說明控制電荷定向轉(zhuǎn)移的過程。見圖荷定向轉(zhuǎn)移的過程。見圖t P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3P1P1P2P2P3P3(a)123t0t1t2t3(b)電荷轉(zhuǎn)移過程電荷轉(zhuǎn)移過程t=t0t=t1t=t2t=t30 三相控制是在線陣列的每一個像素上有三個金屬電三相控制

58、是在線陣列的每一個像素上有三個金屬電極極P1,P2,P3,依次在其上施加三個相位不同的控制脈沖依次在其上施加三個相位不同的控制脈沖1，2，3，見圖（，見圖（b）。）。CCD電荷的注入通常有光注入、電荷的注入通常有光注入、電注入和熱注入等方式。圖電注入和熱注入等方式。圖(b)采用電注入方式。當采用電注入方式。當P1極極施加高電壓時，在施加高電壓時，在P1下方產(chǎn)生電荷包（下方產(chǎn)生電荷包（t=t0）；當）；當P2極極加上同樣的電壓時，由于兩電勢下面勢阱間的耦合，原加上同樣的電壓時，由于兩電勢下面勢阱間的耦合，原來在來在P1下的電荷將在下的電荷將在P1、P2兩電極下分布（兩電極下分布（t=t1）；當）

59、；當P1回到低電位時，電荷包全部流入回到低電位時，電荷包全部流入P2下的勢阱中（下的勢阱中（t=t2）。）。然后，然后，p3的電位升高，的電位升高，P2回到低電位，電荷包從回到低電位，電荷包從P2下轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)到到P3下的勢阱（下的勢阱（t=t3），以此控制，使），以此控制，使P1下的電荷轉(zhuǎn)移下的電荷轉(zhuǎn)移到到P3下。隨著控制脈沖的分配，少數(shù)載流子便從下。隨著控制脈沖的分配，少數(shù)載流子便從CCD的的一端轉(zhuǎn)移到最終端。終端的輸出二極管搜集了少數(shù)載流一端轉(zhuǎn)移到最終端。終端的輸出二極管搜集了少數(shù)載流子，送入放大器處理，便實現(xiàn)子，送入放大器處理，便實現(xiàn)電荷移動電荷移動。2 2線型線型CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器在每一個光敏元件上都有一個梳狀公共電極在每一個光敏元件上都有一個梳狀公共電極,由一個由一個P型型溝阻使其在電氣上隔開。當入射光照射在光敏元件陣溝阻使其在電氣上隔開。當入射光照射在光敏元件陣列上列上,梳狀電極施加高電壓時梳狀電極施加高電壓時,光敏元件聚集光電荷光敏元件聚集光電荷,進行進行光積分光積分,光電荷與光照強度和光積分時間成正比。在光光電荷與光照強度和光積分時間成正比。在光積分時間結束時積分時間結束時,轉(zhuǎn)移柵上的電壓提高轉(zhuǎn)移柵上的電壓提高(平