光電器件課件第一章

光電器件課件第一章光電器件是將光電效應(yīng)作為基礎(chǔ)，通過微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計和材料的制備，在特定工作條件下實現(xiàn)將輸入光信號轉(zhuǎn)化為電子信號并輸出的器件。光電器件簡介定義光電器件是指將光學能量轉(zhuǎn)化成電能量或?qū)㈦娔芰哭D(zhuǎn)化成光學能量的器件。優(yōu)點光電器件具有轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、安裝方便、電磁干擾小等優(yōu)點。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于通信、測量、顯示、光電子、生物醫(yī)學等領(lǐng)域。發(fā)展歷程20世紀初，基于內(nèi)光電效應(yīng)的研究開展，逐漸發(fā)展出光電效應(yīng)管。光電器件的基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)構(gòu)是光電器件最常用的結(jié)構(gòu)，由P型半導體和N型半導體通過擴散或蒸鍍在一起制成。光電二極管結(jié)構(gòu)由PN結(jié)和兩個電極組成，通過光照射PN結(jié)，使PN結(jié)產(chǎn)生有光電效應(yīng)產(chǎn)生電流。CCD結(jié)構(gòu)由大量的光電二極管組成，用于圖像采集和處理。光纖結(jié)構(gòu)由光纖芯、包層和護套組成，用于光信號的傳輸。光電器件的工作原理1內(nèi)光電效應(yīng)光照射到半導體材料，產(chǎn)生光生載流子的現(xiàn)象。2外光電效應(yīng)光照射到表面金屬或半導體-金屬接觸面上，使金屬或接觸層中電子被激發(fā)而逸出并變成電流。3光吸收在半導體材料中吸收光機能，電子被提高到傳導帶中，產(chǎn)生電流。4內(nèi)光電效應(yīng)在特定的電場或光照射下，光生載流子被分離加速運動，形成電流。光電器件的分類按工作原理分類內(nèi)光電效應(yīng)器件外光電效應(yīng)器件光吸收器件內(nèi)光電效應(yīng)器件按功能分類光電轉(zhuǎn)換器件光電探測器件光電放大器件光電開關(guān)和電光調(diào)制器件按材料分類硅光器件砷化鎵光器件硒化鋅光器件紅外探測器件光電子學的歷史11839年法拉第發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的原理。21873年史密斯發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)物理學定律。31905年愛因斯坦發(fā)表光電效應(yīng)理論，奠定了光電子學之基礎(chǔ)。41948年夏諾基于PN結(jié)制作照射計量器。51958年西默斯、泰特利共同發(fā)明集成電路。61985年米耶爾首次觀察到太赫茲波。72004年太赫茲暴發(fā)光源的出現(xiàn)，為光電子學的研究帶來了新興的技術(shù)支持。P型半導體和N型半導體的特性P型半導體指雜質(zhì)原子被摻入到純凈的硅晶體中，使硅晶體中空穴濃度均勻的材料。N型半導體指雜質(zhì)原子被摻入到純凈的硅晶體中，使硅晶體中電子濃度均勻的材料。PN結(jié)的基本特性正向工作狀態(tài)當PN結(jié)正極連接于正電源，負極連接于負電源，外加電場越過PN結(jié)，使得載流子向PN結(jié)中心聚集。反向工作狀態(tài)當PN結(jié)正極連接于負電源，負極連接于正電源，電場會使少數(shù)載流子受勢阱束縛在PN結(jié)，形成空間電荷區(qū)。光電二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理圖例光電二極管由PN結(jié)和兩個電極組成，相當于一個同時具有光電轉(zhuǎn)換和整流特性的器件。應(yīng)用在遙控器，照相機和電腦鼠標等電子產(chǎn)品中廣泛使用，也可以用于測量光強度、光譜分析和紅外測溫等。性能參數(shù)主要包括響應(yīng)時間、噪聲、穩(wěn)定性、輸出電流等。紅外光電探測器的結(jié)構(gòu)和工作原理1熱電偶式探測器利用熱電偶檢測紅外線輻射能力作為敏感元件，實現(xiàn)紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號。2元件式探測器利用選定材料的內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)作為光電轉(zhuǎn)換的原理，外輔以光學聚焦的辦法制成。3攝像機式探測器利用紅外光成像攝像機來探測紅外光信號，并將其通過彩色攝像頭轉(zhuǎn)化顯示出來。光電轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)由光電二極管、電容器和電荷放大器構(gòu)成。工作原理將光電二極管產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)化成電磁波信號，再將其放大后經(jīng)過處理，將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于電視、醫(yī)學影像、機器視覺、安檢等領(lǐng)域。光電耦合器件的結(jié)構(gòu)和工作原理圖例光電耦合器件是利用光電二極管和光敏三極管，將輸入和輸出電路隔離，可以根據(jù)不同的信號類型分為模擬輸入輸出型、數(shù)字輸入輸出型和復合型。應(yīng)用用于電力控制、適配器和充電器、家庭電器、軍工電子、通訊電子等領(lǐng)域。性能參數(shù)主要包括耦合速度、線性范圍、隔離電阻、耐熱性等。光電晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理1結(jié)構(gòu)由照射區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)和源區(qū)等四個部分構(gòu)成。2工作原理在基區(qū)激發(fā)光電載流子，加上電極施加電場，從而引起漂移流，實現(xiàn)對輸入光信號的轉(zhuǎn)換。3應(yīng)用用于高速數(shù)字和模擬電路、通訊系統(tǒng)、測量儀器等領(lǐng)域。4性能參數(shù)主要包括分辨時間、輸出電壓與光功率關(guān)系、響應(yīng)時間等。光電場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)由通道、源和漏極及光控結(jié)構(gòu)組成，與MOS場效應(yīng)管很相似。通道是由光生或光誘導電荷形成的導電通路。工作原理在光控區(qū)間，同時存在一個光生局部或電場誘導的載流子，根據(jù)電場控制原理，可以實現(xiàn)對通道電阻的控制。應(yīng)用領(lǐng)域用于數(shù)字、模擬、開關(guān)和放大等領(lǐng)域。光電阻的結(jié)構(gòu)和工作原理圖例由半導體材料、電極和外殼構(gòu)成，工作時的電壓以及外部光源對其性能影響很大。應(yīng)用用于電子測量、光電自動控制等領(lǐng)域。性能參數(shù)主要包括響應(yīng)時間、暗電阻、光照導通電阻等。光電纜的應(yīng)用和特點定義光電纜是指在光纜中，光信號和電信號可以在同一根導線中進行傳輸?shù)囊环N工作方式。應(yīng)用用于音視頻傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、光網(wǎng)絡(luò)傳輸。特點抗外部干擾，