光敏二、三極管的光電性能研究和光電倍增管特性實(shí)驗(yàn)剖析

1、物電學(xué)院綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案（學(xué)生）姓名潘虹吉學(xué) 號(hào)14301405182016 年 12 月 日實(shí)驗(yàn)課程 名稱電子與光電子材料學(xué)院專業(yè)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 名稱光敏二、三極管的光電性能研究和光電倍增 管特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)班級(jí)2014 級(jí) 1 班實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 類型探究型實(shí)驗(yàn)方案 編寫人潘虹吉項(xiàng)目合 作人員羅剛實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)訓(xùn)樓實(shí)驗(yàn) 時(shí)間2016.12.指導(dǎo)教師 審閱范強(qiáng)老師實(shí)驗(yàn)員曹進(jìn)老師一、 目的與要求綜述：光敏二、三極管的光電性能研究目的：1 掌握光敏二、三極管的原理和特性2利用DH-CGOP1 光電傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀、萬用表等測(cè)試光敏二、三極管的伏安特性曲線；3.利用 DH-CGOP1 光電傳感器設(shè)計(jì)實(shí)

2、驗(yàn)儀、萬用表等測(cè)試光敏二、三極管的光照特性曲線；光電倍增管特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解光電倍增管的基本特性，學(xué)習(xí)光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)量方法。2. 掌握暗電流的測(cè)量方法；3. 光電倍增管放大倍數(shù)的計(jì)算；4. 掌握光電倍增管光電特性測(cè)量；2、 主要實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容與步驟：1 .光敏二極管工作原理光敏二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN 結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN 結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN 結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1 微米。光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1 微安） ，稱

3、為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN 結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，稱為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也“光電導(dǎo) ”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電2 .光敏三極管工作原理光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN 結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏三極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極NPN 或 PNP 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，3 .光電倍增管的工作原理：用下圖說明光電倍增管的工作原理，K

4、是光電陰極，受光照射時(shí)發(fā)射電子，D 為聚焦極，D1 ， D1 D10 為倍增極，所加電壓逐級(jí)增加。每一級(jí)約80 150V， A 為收集電子的D10。最后經(jīng)倍增的電子被陽極A 收RL 上產(chǎn)生信號(hào)電壓?？梢愿鶕?jù)負(fù)載RL 上產(chǎn)生的電信號(hào)來研究此光3、 預(yù)期項(xiàng)目完成以后達(dá)到的目標(biāo)：1. 對(duì)不同條件和方式下測(cè)試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，做出光敏二、三極管的伏安特性曲線和光照特性曲線，比較與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何異同，結(jié)合光敏二、三極管的特性對(duì)作所曲線進(jìn)行解釋。2. 對(duì)測(cè)試所得數(shù)據(jù)（自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格）進(jìn)行分析、計(jì)算、做出圖像，分析理解光電倍增管的基本特性。四、項(xiàng)目所需儀器設(shè)備與器材：光敏二、三極管的

5、光電性能研究：光敏二極管、光敏三極管、導(dǎo)線、電阻、萬用表光電倍增管特性實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)儀器：SGY-6光電倍增管特性實(shí)驗(yàn)儀，計(jì)算器，草稿本，作圖工具及其它相關(guān)資料。五、主要參考資料：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書六數(shù)據(jù)記錄與處理：光電倍增管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：七作圖與規(guī)律性總結(jié)（描述）光敏二極管伏安特性曲線中光照強(qiáng)度一定時(shí)，光照強(qiáng)度一定，當(dāng)反偏電壓為0 時(shí)，光電流有一定數(shù)值，并且在反偏壓很小時(shí)光電流會(huì)緩慢增加，然后在反偏電壓大于某一數(shù)值時(shí)，光電流隨反偏電壓的增加而基本保持不變，變化很微小。當(dāng)反偏電壓一定時(shí)，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，其光電流也越大。光照強(qiáng)大從弱光逐漸增大，光電流也增大。緩慢增加到某個(gè)值時(shí)，然后光電流隨反偏電壓的增加而基本保持

6、不變，變化很微小。當(dāng)反偏電壓一定時(shí)，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，其光電流也越大。光照強(qiáng)大從弱光逐漸增大，光電 流也增大。三極管與二極管伏安特性曲線不同在于光電流從0 開始緩慢增加，在三極管的光照強(qiáng)度光敏二極管關(guān)照強(qiáng)度曲線，理論上應(yīng)該是反偏壓一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度增大，其光電流也會(huì)逐漸增大，其規(guī)律與實(shí)驗(yàn)做出的圖形相符。當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，反偏壓越大，光電流也越大，如圖也呈這種規(guī)律。然后造成如圖基本重合的原因可能是儀器本身的誤差以及讀數(shù)時(shí)光敏三極管關(guān)照強(qiáng)度曲線和二極管相似，隨著光照強(qiáng)度增大，其光電流也會(huì)逐漸增大，其規(guī)律與實(shí)驗(yàn)做出的圖形相符。當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，反偏壓越大，光電流也越大，如圖也呈這種規(guī)律。在其他條件相同

7、的情況下，光敏三極管的光電流比光敏二極管的光電流大。八思考題1 . 分析二極管單向?qū)щ娦允〉膱?chǎng)合及原因？(1)、正向偏壓太低，不足以克服死區(qū)電壓；(2)、正向電流太大，會(huì)使PN 結(jié)溫度過高燒毀；(3)、反向偏壓太高，造成反向擊穿；(4)、工作頻率太高，使結(jié)電容容抗下降而反向不截止。2 . 與光敏二極管相比，光敏三極管有什么優(yōu)勢(shì)?(1)光敏三極管可以認(rèn)為是光敏二極管與三極管的一體化結(jié)構(gòu)，其特性是光敏二極管的輸出特性再加上三極管的特性;(2)光敏三極管具有很強(qiáng)的光電流放大作用，即很高的靈敏度3 .簡(jiǎn)述光電倍增管的工作原理？光電倍增管建立在外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合了高增益

8、、低噪聲、高頻率響應(yīng)和大信號(hào)接收區(qū)等特征，是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光敏電真空器件，可以工作在紫外、可見和近紅外區(qū)的光譜區(qū)；當(dāng)光照射到光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，并通過進(jìn)一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號(hào)輸出。4 .介紹光電倍增管可用于什么領(lǐng)域？光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機(jī)械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。如：光譜學(xué):紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)、發(fā)光分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、拉曼分光光度計(jì)質(zhì)量光譜學(xué)與固體表面分析:固體表面分析環(huán)境監(jiān)測(cè):塵埃粒子計(jì)數(shù)器、濁

9、度計(jì)、NOX 監(jiān)測(cè)生物技術(shù):細(xì)胞分類、熒光計(jì)醫(yī)療應(yīng)用:正電子CT、液體閃爍計(jì)數(shù)、臨床檢查射線鑒定:區(qū)域檢測(cè)儀、射線測(cè)量?jī)x資源調(diào)查:石油測(cè)井應(yīng)用工業(yè)計(jì)測(cè):厚度計(jì)、半導(dǎo)體檢查系統(tǒng)備注：具體項(xiàng)目?jī)?nèi)容超出表格時(shí)可另加附頁。古今名言敏而好學(xué)，不恥下問 孔子業(yè)精于勤，荒于嬉；行成于思，毀于隨 韓愈興于詩，立于禮，成于樂 孔子己所不欲，勿施于人孔子讀書破萬卷，下筆如有神 杜甫讀書有三到，謂心到，眼到，口到朱熹立身以立學(xué)為先，立學(xué)以讀書為本歐陽修讀萬卷書，行萬里路劉彝黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲顏真卿書卷多情似故人，晨昏憂樂每相親于謙書猶藥也，善讀之可以醫(yī)愚 劉向莫等閑，白了少年頭，空悲切 岳飛發(fā)奮識(shí)遍天下字，立志讀盡人間書蘇軾鳥欲高飛先振翅，人求上進(jìn)先讀書李苦禪立志宜思真品格，讀書須盡苦功夫阮元非淡泊無以明志，非寧靜無以致遠(yuǎn)諸葛亮熟讀唐詩三百首，不會(huì)作詩也會(huì)吟孫洙唐詩三百首序書到用時(shí)方恨少，事非經(jīng)過