第3章 結(jié)型光電器件

第3章結(jié)型光電器件§3.1結(jié)型光電器件的工作原理§3.2硅光電池§3.3硅光電二極管和硅光電三極管§3.4結(jié)型光電器件的放大電路§3.5特殊結(jié)型光電二極管§3.6結(jié)型光電器件的應(yīng)用實(shí)例——光電耦合器件概述半導(dǎo)體結(jié)型光電器件是利用光生伏特效應(yīng)來(lái)工作的光電探測(cè)器件。(也叫光伏探測(cè)器)1、結(jié)型光電器件的種類：光電池、光電二極管、光電晶體管、PIN光電二極管、雪崩光電二極管、光可控硅、象限式光電器件、位置敏感探測(cè)器（PSD）、光電耦合器件等。2、結(jié)型光電器件的分類:可分為PN結(jié)型，PIN結(jié)型和肖特基結(jié)型等。（按結(jié)的種類不同）§3.1結(jié)型光電器件工作原理3.1.1熱平衡狀態(tài)下的PN結(jié)在熱平衡條件下，PN結(jié)中凈電流為零。如果有外加電壓時(shí)結(jié)內(nèi)平衡被破壞，這時(shí)流過(guò)PN結(jié)的電流方程為3.1.2光照下的PN結(jié)1、PN結(jié)光伏效應(yīng)PN結(jié)受光照射時(shí)，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。受內(nèi)建電場(chǎng)的作用，空穴順著電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，電子逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，最后在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)，（？）這就是光生伏特效應(yīng)。

PN結(jié)的兩種工作模式:光伏工作模式和光電導(dǎo)工作模式？？2、光照下PN結(jié)的電流方程有光照情況當(dāng)負(fù)載電阻RL斷開(kāi)(IL＝0)時(shí)，p端對(duì)n端的電壓稱為開(kāi)路電壓，用Voc表示SE

為光電靈敏度Ip>>I0當(dāng)負(fù)載電阻短路(即RL=0)時(shí)，光生電壓接近于零，流過(guò)器件的電流叫短路電流，用Isc表示Ip為光電流

無(wú)光照時(shí)，伏安特性曲線與一般二極管的伏安特性曲線相同，二極管就工作在這

個(gè)狀態(tài)，伏安特性曲線處于第一象限。（？電壓）受光照后，光生電子-空穴對(duì)在電場(chǎng)作用下形成大于I0的光電流，并且方向與I0相同，因此曲線將沿電流軸向下平移到第四象限，平移的幅度與光照的變化成正比，即Ip=SEE。伏安特性曲線處于第四象限。（？電壓）3、PN結(jié)接上負(fù)載后的伏安特性當(dāng)PN結(jié)上加有反偏壓時(shí)，暗電流隨反向偏壓的增大有所增大，最后等于反向飽和電流I0，而光電流Ip幾乎與反向電壓的高低無(wú)關(guān)。伏安特性曲線處于第三象限。（？電壓）光電池、光電二極管各工作在哪個(gè)工作模式？在第三象限中，外加反向偏壓。通常把光電導(dǎo)工作模式的光伏探測(cè)器稱為光電二極管，因?yàn)樗耐饣芈诽匦耘c光電導(dǎo)探測(cè)器十分相似。在第四象限中，外偏壓為零。流過(guò)探測(cè)器的電流仍為反向光電流，隨著光功率的不同，出現(xiàn)明顯的非線性。這時(shí)探測(cè)器的輸出是通過(guò)負(fù)載電阻RL上的電壓或流過(guò)RL上的電流來(lái)體現(xiàn)，因此，稱為光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探測(cè)器稱為光電池。應(yīng)特別注意，光電流總是反向電流，而光電流在RL上的電壓降，對(duì)探測(cè)器產(chǎn)生正向偏置稱為自偏壓，當(dāng)然要產(chǎn)生正向電流。最終兩個(gè)電流抵消，伏安曲線終止于橫軸上。光電池的概述按用途光電池可分為太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池。

2DR以什么為襯底？光電池外形光敏面能提供較大電流的大面積光電池外形光電池的應(yīng)用1、光電探測(cè)器件利用光電池做探測(cè)器有頻率響應(yīng)高，光電流隨光照度線性變化等特點(diǎn)。2、將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能實(shí)際應(yīng)用中，把硅光電池經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組成電池組。其他光電池及在照度測(cè)量中的應(yīng)用柔光罩下面為圓形光電池光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能賽車太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能硅光電池板光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽(yáng)能發(fā)電光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用§3.2硅光電池

光電池的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)硅光電池按基底材料不同分為2DR型和2CR型。2DR型硅光電池是以P型硅作基底，2CR型光電池則是以N型硅作基底，然后在基底上擴(kuò)散磷（或硼）作為受光面。構(gòu)成PN結(jié)后，分別在基底和光敏面上制作輸出電極，涂上二氧化硅作保護(hù)膜（防潮防腐，減少反射），即成光電池。如下圖所示。工作原理如下圖所示(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)符號(hào)（c）電極結(jié)構(gòu)為便于透光和減小串聯(lián)電阻硅光電池的電流方程3.2.1.硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2.2.硅光電池的特性參數(shù)1.光照特性光照特性主要有伏安特性、照度-電流電壓特性和照度-負(fù)載特性。硅光電池的伏安特性，表示輸出電流和電壓隨負(fù)載電阻變化的曲線。式中，ID是結(jié)電流，I0是反向飽和電流，是光電池加反向偏壓后出現(xiàn)的暗電流。

不同照度時(shí)的伏-安特性曲線一般硅光電池工作在第四象限。若硅光電池工作在反偏置狀態(tài)，則伏安特性將延伸到第三象限？？硅光電池的電流方程式當(dāng)E=0時(shí)當(dāng)IL＝0時(shí)，RL=∞(開(kāi)路)時(shí)，光電池的開(kāi)路電壓，以Voc表示式中SE表示光電池的光電靈敏度，E表示入射光照度。當(dāng)IP>>I0當(dāng)RL＝0時(shí)所得的電流稱為光電池短路電流，以ISC表示Uoc一般為0.45～0.6V，最大不超0.756v，因?yàn)樗荒艽笥赑N結(jié)熱平衡時(shí)的接觸電勢(shì)差。短路電流與照度、開(kāi)路電壓與照度、負(fù)載電流與照度的關(guān)系？2.光譜特性

硅光電池的光譜響應(yīng)特性表示在入射光能量保持一定的條件下，光電池所產(chǎn)生的短路電流與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系，一般用相對(duì)響應(yīng)表示。在線性測(cè)量中，不僅要求光電池有高的靈敏度和穩(wěn)定性，同時(shí)還要求與人眼視見(jiàn)函數(shù)有相似的光譜響應(yīng)特性。下圖是2CR型硅光電池的光譜曲線(右)，其響應(yīng)范圍為0.4～1.1μm，峰值波長(zhǎng)為0.8～0.9μm，右圖中的硒光電池的光譜響應(yīng)曲線與視見(jiàn)函數(shù)相似。3.頻率特性下圖是硅光電池的頻率特性曲線。由圖可見(jiàn)，負(fù)載大時(shí)頻率特性變差，減小負(fù)載可減小時(shí)間常數(shù)τ，提高頻響。但是負(fù)載電阻RL的減小會(huì)使輸出電壓降低，實(shí)際使用時(shí)視具體要求而定。（為什么？）4．溫度特性

光電池的溫度特性曲線主要指光照射時(shí)它的開(kāi)路電壓Voc與短路電流Isc隨溫度變化的情況。光電池的溫度曲線如下圖所示。它的開(kāi)路電壓VOC隨著溫度的升高而減小，其值約為2～3mV／oC；短路電流Isc隨著溫度的升高而增大，但增大比例很小，約為10-5～10-3mA/oC數(shù)量級(jí)。

光電二極管的概述光電二極管的分類光電二極管的工作模式§3.3硅光電二極管和硅光電三極管光電二極管是基于PN結(jié)的光電效應(yīng)工作的，它主要用于可見(jiàn)光及紅外光譜區(qū)。光電二極管通常在反偏置條件下工作，也可用在零偏置狀態(tài)。制作光電二極管的材料有硅、鍺、砷化鎵、碲化鉛等，目前在可見(jiàn)光區(qū)應(yīng)用最多的是硅光電二極管。3.3.1.硅光電二極管結(jié)構(gòu)及工作原理——P62硅光電二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理與硅光電池相似，不同的地方是：①就制作襯底材料的摻雜濃度而言，光電池較高，約為1016～1019原子數(shù)／厘米3，而硅光電二極管摻雜濃度約為1012～1013原子數(shù)／厘米3；②光電池的電阻率低，約為0.1～0.01歐姆／厘米，而硅光電二極管則為1000歐姆／厘米，③光電池在零偏置下工作，而硅光電二極管在反向偏置下工作；④一般說(shuō)來(lái)光電池的光敏面面積都比硅光電二極管的光敏面大得多，因此硅光電二極管的光電流小得多，通常在微安級(jí)。

光電二極管的表示符號(hào)和電路接法1、硅光電二極管在電路中的表示符號(hào)2、2CU電路接法3、2DU電路接法2DU電路接法3.3.2.硅光電三極管

硅光電三極管具有電流放大作用，它的集電極電流受基極電路的電流控制，也受光的控制。所以硅光電三極管的外型有光窗，管腳有三根引線的也有二根引線的，管型分為PNP型和NPN型兩種，NPN型稱3DU型硅光電三極管，PNP型稱為3CU型硅光電三極管。以3DU型為例說(shuō)明硅光電三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理。如下圖中以N型硅片作襯底，擴(kuò)散硼而形成P型，再擴(kuò)散磷而形成重?fù)诫sN+層。在N+側(cè)開(kāi)窗，引出一個(gè)電極并稱作“集電極c”，由中間的P型層引出一個(gè)基極b，也可以不引出來(lái)，而在N型硅片的襯底上引出一個(gè)發(fā)射極e，這就構(gòu)成一個(gè)光電三極管。工作時(shí)需要保證集電極反偏置，發(fā)射極正偏置。？？3CU型硅光電三極管它的基底材料是p型硅，工作時(shí)集電極加負(fù)電壓，發(fā)射極加壓。？？

為了改善頻率響應(yīng)，減小體積，提高增益，已研制出集成光電晶體管，它是在一塊硅片上制作一個(gè)硅光電二極管和三極管

3.3.3.硅光電三極管與硅光電二極管特性比較

1.光照特性

光照特性是指硅光電二極管和硅光電三極管的光電流與照度之間的關(guān)系曲線，圖3-14是硅光電二極管和硅光電三極管的光照特性曲線。由圖可見(jiàn)，硅光電二極管的光照特性的線性較好，而硅光電三極管的光電流在弱光照時(shí)有彎曲，強(qiáng)光照時(shí)又趨向于飽和，只有在中間一段光照范圍內(nèi)線性較好，這是由于硅光電三極管的電流放大倍數(shù)在小電流或大電流時(shí)都要下降而造成的。2.伏安特性

伏安特性表示為當(dāng)入射光的照度(或光通量)一定時(shí)，光電二極管和光電三極管輸出的光電流與所加偏壓的關(guān)系。硅光電管的伏安特性曲線（不同之處見(jiàn)P65）

硅光電二極管硅光電三極管IL－T特性ID－T特性3．溫度特性硅光電二極管和硅光電三極管的光電流和暗電流均隨溫度而變化，但硅光電三極管因有電流放大作用，所以它的光電流和暗電流受溫度影響比硅光電二極管大得多，如圖3-16所示。由于暗電流的增加，使輸出信噪比變差，必要時(shí)要采取恒溫或補(bǔ)償措施。下圖為光電管的溫度特性4.頻率響應(yīng)特性硅光電二極管的頻率特性主要決定于光生載流子的渡越時(shí)間。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)頻率響應(yīng)要求選擇最佳的負(fù)載電阻。下圖為用脈沖光源測(cè)出的2CU型硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間與負(fù)載RL的關(guān)系曲線，從圖中可以看出當(dāng)負(fù)載超過(guò)104Ω以后，響應(yīng)時(shí)間增加得更快。（負(fù)載減小，上下響應(yīng)時(shí)間也減?。?？）二極管的負(fù)載電阻與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系三極管的頻率響應(yīng)特性（UCE=5V,T=25℃）硅光電二極管、PIN管和雪崩光電二極管、硅光電三極管的時(shí)間常數(shù)見(jiàn)P66§3.4結(jié)型光電器件的放大電路結(jié)型光電器件一般用三極管或集成運(yùn)算放大器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換。3.4.1結(jié)型光電器件與放大三極管的連接

由于硅三極管和鍺三極管導(dǎo)通時(shí)射極-基極電壓大小不同，所以才有以上三種不同的變換電路。以下列出了硅光電池的3種光電變換電路，用以放大光電流圖中(a)所示電路是用鍺三極管放大光電流；圖(b)、(c)所示電路是用硅三極管放大光電流。要注意的是，上面所示的三種電路都是以晶體三極管基極-射極間的正向電阻作為硅光電池的負(fù)載，因此硅光電池幾乎是工作在短路狀態(tài)，從而獲得線性工作特性的。

3.4.2結(jié)型光電器件與運(yùn)算放大器的連接

集成運(yùn)算放大器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便而廣泛應(yīng)用于光電變換器件之中。一般光電二極管與運(yùn)算放大電路的連接方式有下圖所示三種方式。三種電路的區(qū)別是光電二極管接的位置不同(1)電流放大型:圖(a)是電流放大型IC變換電路，硅光電二極管和運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端同極性相連，運(yùn)算放大器兩輸入端間的輸入阻抗Zin是硅光電二極管的負(fù)載電阻；(2)電壓放大型:圖(b)是電壓放大型IC變換電路，硅光電二極管與負(fù)載電阻RL并聯(lián)且硅光電二極管的正端接在運(yùn)算放大器的正端；(3)阻抗變換型:圖(c)是反向偏置的硅光電二極管具有恒流源性質(zhì)而和電池串聯(lián)在一體。三種電路各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都適用于光功率很小的場(chǎng)合。(a)(b)(c)§3.5特殊結(jié)型光電器件3.5.1象限探測(cè)器

象限探測(cè)器實(shí)質(zhì)是一個(gè)面積很大的結(jié)型光電器件，很像一個(gè)光電池；它是利用光刻技術(shù)，將一個(gè)圓形或方形的光敏面窗口分隔成幾個(gè)有一定規(guī)律的的區(qū)域(但背面仍為整片)，每一個(gè)區(qū)域相當(dāng)于一個(gè)光電二極管。在理想情況下，每個(gè)光電二極管應(yīng)有完全相同的性能參數(shù)。但實(shí)際上它們的轉(zhuǎn)換效率往往不一致，使用時(shí)必須精心挑選

光斑偏向P2區(qū)，則輸出電壓U>0，其大小反映光斑偏離程度；光斑偏向P1區(qū)，則輸出電壓U<0，其大小反映光斑偏離程度典型的象限探測(cè)器有四象限光電二極管和四象限硅光電池等，也有二象限的硅光電池和光電二極管等。

象限探測(cè)器有以下幾個(gè)缺點(diǎn)（3個(gè)）：①表面分割，而產(chǎn)生死區(qū)，光斑越小死區(qū)的影響越明顯；②若光斑全部落入一個(gè)象限時(shí)，輸出的電信號(hào)將無(wú)法區(qū)別光斑的準(zhǔn)確位置；③測(cè)量精度易受光強(qiáng)變化的影響，分辨率不高。

3.5.2PIN型光電二極管1）普通PIN型光電二極管

一般PIN型光電二極管又稱快速光電二極管，它的結(jié)構(gòu)分三層，即在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著較厚的本征半導(dǎo)體i層，如下圖所示。

PIN中的I是“本征”意義的英文略語(yǔ)。當(dāng)其工作頻率超過(guò)100MHz時(shí)，由于少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)和“本征”層中的渡越時(shí)間效應(yīng)，其二極管失去整流作用而變成阻抗元件，并且，其阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反向偏置時(shí)，“本征”區(qū)的阻抗很高；在直流正向偏置時(shí)，由于載流子注入“本征”區(qū)，而使“本征”區(qū)呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高頻開(kāi)關(guān)（即微波開(kāi)關(guān)）、移相、調(diào)制、限幅等電路中。這種管子最大的特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。缺點(diǎn):由于I層的存在，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。PIN光電二極管因有較厚的I層，因此具有以下四點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):a)使PN結(jié)的結(jié)間距離拉大，結(jié)電容變小。目前PIN光電二極管的結(jié)電容一般為零點(diǎn)幾到幾個(gè)微微法，響應(yīng)時(shí)間tr＝1～3ns，最高達(dá)0.1ns。b)由于內(nèi)建電場(chǎng)基本上全集中于I層中，使耗盡層厚度增加，增大了對(duì)光的吸收和光電變換區(qū)域，量子效率提高了。c)增加了對(duì)長(zhǎng)波的吸收，提高了長(zhǎng)波靈敏度，其響應(yīng)波長(zhǎng)范圍可以從0.4～1.1μm。d)可承受較高的反向偏壓，使線性輸出范圍變寬。補(bǔ)充：光電位置探測(cè)器（PSD）

PositionSensitiveDetectorsPSD是利用離子注入技術(shù)制成的一種可確定光的能量中心位置的結(jié)型光電器件，有一維的和二維的兩種。當(dāng)入射光是一個(gè)小光斑，照射到光敏面時(shí)，其輸出則與光的能量中心位置有關(guān)。這種器件和象限光電器件比較，其特點(diǎn)是（3點(diǎn)補(bǔ)充）：它對(duì)光斑的形狀無(wú)嚴(yán)格要求光敏面上無(wú)象限分隔線對(duì)光斑位置可連續(xù)測(cè)量

2）特殊結(jié)構(gòu)的PIN型光電二極管--光電位置傳感器(PSD)

光電位置傳感器是一種對(duì)入射到光敏面上的光點(diǎn)位置敏感的PIN型光電二極管，面積較大，其輸出信號(hào)與光點(diǎn)在光敏面上的位置有關(guān)。一般稱為PSD。a、PSD的工作原理和位置表達(dá)式PSD包含有三層，上面為p層，下面為n層，中間為i層，它們?nèi)恢谱髟谕还杵?，p層既是光敏層，還是一個(gè)均勻的電阻層。

電極③上輸出的總電流為I0=I1+I2通過(guò)這個(gè)公式可確定光斑能量中心對(duì)于器件中心（原點(diǎn)）的位置xAI1和I2為電極上的光電流b、光電位置傳感器(PSD)的分類

一般PSD分為兩類：一維PSD和二維PSD。一維PSD主要用來(lái)測(cè)量光點(diǎn)在一維方向的位置，二維PSD用來(lái)測(cè)定光點(diǎn)在平面上的坐標(biāo)(x,y)

（1）一維PSD

（2）二維PSD

二維PSD的感光面是方形的,按其電極位置可分為三種形式。一維PSD感光面大多做成細(xì)長(zhǎng)矩形。1.兩面分離型PSD2.表面分離型PSD3.改進(jìn)表面分離型PSDc．PSD轉(zhuǎn)換放大電路（一維、二維）d、光電位置傳感器的特征和用途____P72光電位置傳感器的特點(diǎn)光電位置傳感器應(yīng)用e、使用PSD時(shí)的注意事項(xiàng)（4點(diǎn)）____P73(1)注意與光源的光譜匹配(2)注意所加電壓不宜太大也不能太小，以免影響PSD的響應(yīng)頻率。(3)注意使用PSD時(shí)的環(huán)境溫度（一維、二維PSD光譜響應(yīng)曲線）(4)注意位置測(cè)量誤差范圍3.5.3雪崩光電二極管(APD)

雪崩光電二極管是借助強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生載流子倍增效應(yīng)(即雪崩倍增效應(yīng))的一種高速光電二極管，如下圖所示。

雪崩倍增效應(yīng)：當(dāng)在光電二極管上加一相當(dāng)高的反向偏壓（100-200V）時(shí)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)。結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子受強(qiáng)電場(chǎng)的加速將獲得很大的能量，在與原子碰撞時(shí)可使原子電離，新產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在向電極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中又獲得足夠能量，再次與原子碰撞，又產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。這一過(guò)程不斷重復(fù)，使PN結(jié)內(nèi)電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為雪崩倍增效應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)均勻倍增，襯底材料的摻雜濃度要均勻，缺陷要少；同時(shí)在結(jié)構(gòu)上采用保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)的作用是增加高阻區(qū)寬度，減小表面漏電流，避免邊緣過(guò)早擊穿。這種APD有時(shí)也稱為保護(hù)環(huán)雪崩光電二極管，記作GAPD。

3.5.4紫外光電二極管

紫外光是頻率很高的電磁波，由于半導(dǎo)體材料對(duì)電磁波的吸收與波的頻率有關(guān)，頻率越高吸收越大，所以大多數(shù)紫外光生載流子將產(chǎn)生在材料的表面附近，還沒(méi)有到達(dá)結(jié)區(qū)就因密度太大而被復(fù)合掉，響應(yīng)率很低。

研究和分析認(rèn)為，制造時(shí)采用淺PN結(jié)和肖特基結(jié)的結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)對(duì)藍(lán)、紫波長(zhǎng)光的吸收和響應(yīng)率。1.藍(lán)、紫增強(qiáng)型硅光電二極管已經(jīng)研制的藍(lán)、紫光增強(qiáng)型硅光電二極管，具有PN結(jié)淺、電子擴(kuò)散長(zhǎng)度大和表面復(fù)合速率小等三方面的優(yōu)點(diǎn)。目前生產(chǎn)的系列紫外光電二極管的光譜范圍從190～1100nm。2．肖特基結(jié)光電二極管肖特基勢(shì)壘是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的。所以可以把肖特基勢(shì)壘光電二極管看作是一個(gè)結(jié)深為零，表面覆蓋著薄而透明金屬膜的PN結(jié)。既然結(jié)深為零，因此能吸收入射光中相當(dāng)一部份藍(lán)、紫光和幾乎所有的紫外線，吸收后所激發(fā)的光生載流子在復(fù)合之前就會(huì)被強(qiáng)電場(chǎng)掃出，這就提高了光生載流子的產(chǎn)生效率和收集效率，改善了器件的短波響應(yīng)率。一般利用金或鋁分別與Si、Ge、GaAs、GaAsP、GaP等半導(dǎo)體材料接觸，制得各種肖特基結(jié)光電二極管。3.5.5半導(dǎo)體色敏器件半導(dǎo)體色敏器件是根據(jù)人眼視覺(jué)的三色原理，利用不同結(jié)深的光電二極管對(duì)各種波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)率不同的現(xiàn)象制成的。1．半導(dǎo)體色敏器件的工作原理下圖半導(dǎo)體色敏器件的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路。從圖可見(jiàn)，它由在同一塊硅片上制造兩個(gè)深淺不同的PN結(jié)構(gòu)成，其中PD2為深結(jié)，它對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光響應(yīng)率高；PD1為淺結(jié)，它對(duì)波長(zhǎng)短的光響應(yīng)率高。又稱為雙結(jié)光電二極管。右下圖雙結(jié)光電二極管的光譜響應(yīng)特性。結(jié)構(gòu)示意圖等效電路深結(jié)淺結(jié)12光譜響應(yīng)特性2．雙結(jié)硅色敏器件的檢測(cè)電路

根據(jù)雙結(jié)光電二極管等效電路，可以設(shè)計(jì)如下圖所示的信號(hào)處理電路，圖中PD1、PD2為兩個(gè)深淺不同的硅PN結(jié)，最后得到不同顏色的輸出電壓值：等效電路信號(hào)處理電路可以識(shí)別混合色光的3色色敏光電器件。圖3-23為非晶硅集成色敏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

它是在一塊非晶硅基片上制作3個(gè)檢測(cè)元件，并分別配上R、G、B濾色片，得到如圖3-24所示的近似于1931CE-RGB系統(tǒng)光譜3刺激值曲線，通過(guò)R、G、B輸出電流的比較，即可識(shí)別物體的顏色。

各種色標(biāo)傳感器外形色標(biāo)傳感器能識(shí)別紅、綠、藍(lán)等顏色色標(biāo)傳感器外形（續(xù)）色標(biāo)傳感器在流水線上檢測(cè)產(chǎn)品的顏色

用多個(gè)色標(biāo)傳感器測(cè)量薄板的顏色產(chǎn)品包裝色彩檢測(cè)、分選§3.6結(jié)型光電器件的應(yīng)用實(shí)例--光電耦合器件

光電耦合器件是發(fā)光器件與接收器件組合的一種元件。發(fā)光器件常采用發(fā)光二極管；接收器件常用光電二極管、光電三極管及光集成電路等。它以光作媒介把輸入端的電信號(hào)耦合到輸出端，因此也稱為光電耦合器。發(fā)光二極管、光電二極管、光電三極管等都是結(jié)型光電器件，所以它們的組合也是結(jié)型光電器件的典型應(yīng)用。如下圖所示

光電耦合器件的特點(diǎn)：具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、輸出和輸入之間隔離、可單向傳輸信號(hào)等特點(diǎn)。2．光傳感器

按結(jié)構(gòu)的不同，光傳感器可分為透過(guò)型和反射型兩種。透過(guò)型光傳感器又稱光斷續(xù)器，它是將保持一定距離的發(fā)光器件和光接收器件相對(duì)組裝而成，如下圖所示

3.6.2.光電耦合器件的基本電路

光電耦合件的電路包括驅(qū)動(dòng)和輸出兩部分若發(fā)光器件和光接收器件以某一交叉角度安