本节要求:
1)掌握光波长与光子能量的关系、外光电效应及其两个基本概念。
2)掌握内光电效应、光导效应原理,了解光敏电阻的结构;掌握光敏电阻的工作原理、灵敏度与暗亮电阻的关系和光电特性的特点。
3)掌握光敏二极管和晶体管的结构、工作原理及光电特性。
4)掌握硒、硅光电池的结构、工作原理、光电特性。
5)掌握CCD图像传感器(一维)的工作原理与应用。
一、光电效应
1. 内光电效应:光敏电阻、光敏二极管(晶体管)
2. 外光电效应:光电管、光电倍增管、CCD
3. 光生伏特效应:光电池
二、光敏电阻
三、光敏二极管、光敏晶体管
四、光电池
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”
材料:硅(响应宽)、硒
等效模型:电流源
五、CCD
CCD是一种CMOS器件。
当光信号照射到CCD硅片表面时, 外光电效应产生电子,被收集在势阱中, 形成信号电荷, 并存储起来。
势阱是一种MOS电容器。
CCD的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS电容器, 这些电容器用同一半导体衬底制成, 衬底上面履盖一层氧化层, 并在其上制作许多金属电极, 各电极按三相配线方式连接, 图8 - 19为三相CCD时钟电压与电荷转移的关系。当电压从φ1相移到φ2相时, φ1相电极下势阱消失, φ2相电极下形成势阱。这样储存于φ1相电极下势阱中的电荷移到邻近的φ2相电极下势阱中, 实现电荷的耦合与转移。
一个CMOS结构称为一个象素,一个阵列CMOS结构可感应出阵列的明暗图象,如果光敏材料分别是敏感三原色的(一个CMOS结构变为三个独立的CMOS结构),则可感应出彩色图象。
六、应用
光耦:大量用于工业控制系统的I/O量隔离
光电开关:位置检测