文献翻译-基于单片机的光敏检测

杭 州 电 子 科 技 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 文 献 翻 译毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目 基于单片机的光敏检测翻译题目 光敏电容的性能分析学 院 理学院专 业 光信息科学与技术姓 名班 级学 号指导教师杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译1光敏电容的性能分析 摘要：本文研究的是双核-介质电容器在电介质中的光电导性质。在黑暗条件下,电容设备单位面积上含有各自的介电系数、导率和厚度。当光照时,引起设备电容改变,降低了界面极化的弛豫时间。根据研究所揭示的,存在一种明暗电容比截止频率限制。我们虚构了一种单元，采用硫化镉与 BaTiOa，把电容变化扩大到了 2500 倍，频率范围延伸至 0.22Mc/s。有机硅塑料单元显示了最大电容变化是 20 倍，其频率跨度是-10Mc/s,但是黑暗条件下,性能由于电子陷阱,以及压电谐振的影响,电容的损耗因子在0.315Mc/s。这种类型的光敏电容应用是有限的，而且最大化的耗散因子在不同的频率带宽的情况下，是可以容忍的。1、引言在最近的一次 11 族化合物的电光效应研究中, 考虑到电容器包含选定的电介质的组合，电容的光照响应,我们把这些效应利用在了分子电子网络中。通过这项研究,使我们深刻理解所涉及的原理,获取并解析推导出表达式,尽最大的努力使器件达到预期的效果。在过去的研究中，有关光电导电介质之间的相互作用已得到总结，这里除了目前的讨论的，其他将不重复。这些工作通常需要对光电颗粒嵌在塑料基质进行关注。据报道，在一个实例中，测量的单晶光电导体，与双重耗尽层接触。参考文献曾经指出, ,分歧的主要原因是电容器的变化，不知道是归因于介质的电导率,还是其他原因。我们觉得，这样的分歧，相对于复杂的系统研究，这本质上已经排除了所涉及的实体而直接总结的结果。尽管如此困难,卡拉曼和他的同事也已经成功的用实验证据支持了电导率的起源主要效应,并积极研究相关的次级效应现象。本文主要讨论利用零阶数学方法描述一个最简单的光敏电容器类型,即一个平行板电容器两介质板,一个惰性和一个活动(光电导)。论述了光进入活跃的介质并通过一个透明的欧姆接触。我们的分析不同于之前的光电介质导电性,然后而其惰性介质是不容被忽视的。这是一个重要理解过程,电容在低频段的变化,能更好的优化器件性能,适合实际应用。实验已经取得了确认,将以单晶 CD 作为活性介质, 钛酸钡为惰性介质。我们的设备不同于 Kallman 的单晶设备 :1)压敏电阻器障碍将不存在,2)介质电极之间的时间是三介质系统( 即两个活动障碍和一个活性介质)，3)欧姆接触是透明的,不是半透明。作者:Y.T. Sihvonen, D.R. Boyd, E.L. Kitts Jr出处:Proceedings of the IEEE (Impact Factor: 6.91). 05/1965; DOI:10.1109/PROC.1965.3750杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译22、方案图 1 描绘了平行板电容器两介质及其电等效电路。导体 P1 充当一个电容板。电介质(惰性 )K1 和 K2(活动的 )有一个共同的接口,和透明导 P2 在 K2 作为第二电容器板,还有一个欧姆接触。这个假设是,偶极子、原子和极化电子,在两极板 K1 和 K2,能够同步于外加电场,不变量在整个频率范围的增益。然而，界面的极化结构，体现结果是本身之间的电介质的电导和介电系数差异。正是这种界面机制,及其依赖光子产生的载体,使光敏电容器能够工作。图表 1 光敏电容器。(a)物理细节。(b)等效并联电路。(c)净有效等效并联电路分别通过下面（1）式，我们重新定义每个介质组件的介电常数。（1）(其中 是介电常数的空空间, 是相对介电系数, 是介电损耗因子)随后得出了作为一个复杂的电介质双介质系统的净有效介电常数（2）(其中 是有效的相对介电系数, 是有效的损耗因子, , 和 代表介质厚度。)杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译3这公式被一直放在这,是因为 与电导率、频率、或耗散因子有关系,即(5)(6)(7)(其中 是有效耗散因素, 是有效电导率, 是角频率, 是辐照度。)然后利用概念9，10 ，即介电常数和损耗因子可以表示在介电系数的值，在更大,或更小的频率下，比弛豫时间关联的 T 与界面极化原理。因此得到(8)(9)把上面的(5)(6)代入到(3)中, 并且在 和 两种情况下解可得(其中 , 是在 或者静态条件下的介电导率)有效的弛豫时间可以直接将(ll),(l0),和(3)代入到(8),并通过重新排列来使复杂的(8)简化得到(2),即 ，这两种方法都需要频率 和 。Kallman 得出了结论,(Zn:Cd)S 粉末,我们假设在双核介质情况下,弛豫时间主要是直流传导,是独立于场频率。与这样的前提下,有效的界面弛豫时间将会是(12)这个方程的形式意味着净电荷由于移动在界面引起衰变。这是更好的被作为一个串联电路的两个电容器, 和 ,每个由一个电阻并联, 和 ,如在图一(b)。由(12)式推导出(13),(13)杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译4其中的弛豫时间被看作是每个电容器放电通过电阻而有效进行的。最后,由于耗散因子是一个普遍采用有效因素,是一个参数的电容器,直接可读的现代电容测量仪,它遵循从(3)和(4),且 从(8)和(9)中,有效界面耗散因子部分是一般来说,电导率在介质是一个复杂的效果,而墨菲和摩根两热闹综合讨论自由载流子导电率和束缚离子电导率,电导率的变化与频率、等价关系,由最初的电导率的方法,和直流电导率,无限频率取决于交流测量。光电导是同样一个相当棘手的现象,被 Bube 称为是有关电导率变化作为一个函数的光照强度和载体动力学。这些概念在光敏电容器都扮演着重要的角色。而且,它将能明确本文的目的，认识到光的作用并使电导率中 的 K2 增加,使其成为更加便捷的传输媒介。对于零级派生关系，没有简化近似已作出有关的各种物理参数，尤其是在惰性介质的电导相对大小方面。此电导可以具有相同的量值，也可以是大于有源电介质的电纳;因此，在黑暗和低频两个条件下,它可以影响电容器的性能。4、电容和频率跨度一般来说,有效的相对介电系数的双核介质的场频率相关,它接近极限值和 .低于或高于一个频率取决于互惠的弛豫时间。在这个频率系数有中值 。而 单调增加与 , ,还有 ,表现的关系更复杂,这取决于相对大小的介电系数和传导率的区域。其中 是公式(16)的最小值(16)如果这些条件存在,或者如果式(16)左侧大于右侧, 随光照强度增大而单调上升,而作为一个限制因子。当式(16)左侧是小于平均数,则随着光照强度减少,通过的 降低,最后增加的方法同样受到限制。因此,装置电容可以减少光照强度,但实际上只是在一个受限制的低频范围。杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译5图表 2 有效介电系数特性频率的函数由于 独立于 , ,在频率上大于 1/T,是固定不变的介电系数和厚度. 如果电容器在黑暗中以满足特殊条件(16),在这个非常理想的情况发生,即在 = 的情况下,设计将不受频率影响变化.这样做的原因在于,介电松弛时间 和 成为等价界面极化是不存在的. 我们认为这样的优化条件,和随后关于性能的讨论将主要限于一个电容器,而我们的理想情况是 。在这个条件下，暗电容常数是很小的，即在所有频率下,。频率从零增大的过程中,光电容达到两个极值,即（20）当频率大于 ，光电容就相当于暗电容， 。这个将在图三中得到说明。图表 3 电容特性作为一个函数的频率在三个照明水平和有条件的优化杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译6图表 4 电容作为一个功能的简要说明:Kz 电导率与条件优化。三个曲线说明设备响应频率等于,大于, 小于互惠的界面弛豫时间。在强光照射下,可以预期的最大电容发生时， 增加，直到出现下面的不等式(21)在上面的条件下,根据式(20),我们得出了图三和图四。(22)而式(22)简要说明了 :当 K2 变得充分时,K1 将单独决定电容性能。在不同的光照水平下,可以得到不同的明暗电容比，和有效的频率跨度比率(23)(24)其中,为了方便起见, 和 是 K1 的弛豫时间的倒数,利用 CdS 或者 CdSe 高暗电阻率导电材料,能够改变自由载流子浓度 6 个或者更多的数量级,这频率跨度可以扩展到 10-100 Mc/s 的带宽。这个明暗电容比也可以是许多数量级,如果介电材料和介质厚度是明智的选择。在强烈的光照下,最大电容比将会是(25)杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译7在耗尽层的电介质中3, 电容的变化是决定完全由相对厚度决定,因为 =1。在装置塑料基体中嵌入光导颗粒1、电容变化很小,因为 和 比值不宜。在一个设备有两种不同的电介质,电容变化取决于两个 和 比值,每一种都可以相对较大。出于这个原因,我们选择后一种方法使操作设备。图 5 描述了电容和频率跨度比率,方程(27)和(24), 分别以 和 作为参数。图表 5 每个电容率(顶部) 和频率跨度比(底部)作为函数的被动属性我们有趣地注意到,尽管 随 ,= 而变化,但最大值为特定的 。另一方面,频率跨度比 ,这也会随着 增大而增大.随着 的增进而减小。这两个应对的趋势能否提供一个不同的电容带宽度的限制，有些类似于在放大系统的增益带宽的概念，意味着它是不可能同时具有最高频率的跨度和最大电容变化的性能。图 6 说明了这个方面,表明改进的明暗电容率,伴随着增加带宽,只能通过提高光暗电导率比的活性介质。在图 5 和图 6 中,有助于确定两种电介质的性能和物理。下面的具体的例子说明了如何设计一个光敏收益与明暗电容电容器的 1000 倍和频率跨度延长 5 个数量级。从图6,这个组合需要一个 为 K1。从图 5,这意味着 。一种料的选择为 K1,与一个已知的介电系数(如 )和电导率(如 ),角频率 ,允许频率上限 。选择一个合适的 Kf 材料有一个已知的介电系数(如杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译8),允许厚度比 ,计算。接下来,暗电导率, 被计算从(17)。最后,选择所需的暗电容 (如 10pF),和一个合理的设备存放区域( 平方米) 。通过使用(18) 和通过了解 ,厚度 ,分别计算。总之,产生的光敏电容器是变量范围 10pF 到 pF,并可用 0.18Mc/s 来表示 。图表 6 最优条件下的电容带宽特性5、电容器耗损双核介质系统的主要损失，是由于界面进程和欧姆电流流经两个介质引起的。分为损耗因数和介质损耗因数。对于原因，我们将研究在后者方面预期的损失。净耗散因子在式(14) 中已经描述过。单调减小的欧姆分量随频率变化。界面组件在高低频两极端,在中间频率段达到最大值。从式(15)中得出,最大值将发生在频率为(26)其光度为(27)杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译9图表 7 预期的界面耗散系数曲线在三个照明水平;最优条件图 7 展示了代表界面耗散损失函数的频率和照明作为一个参数。在最佳条件(17) 下,黑暗中所有频率的 Di=0,在光照中,其最大值发生在 的最大值中。因为两个 1/T 和 增加随光照强度增加。与此同时，耗散因子最大值的幅度也增加，相当于大电容的变化。幸运的是,在频率跨度低于 ,将最大的损失减少的一小部分,于是出现关系通过结合(27),(26)和(15)。在最佳的条件下，任何特定的频率，在黑暗中的损失可能是小于，或大于光的相对损失，这取决于6、实验结果和讨论双核电介质的光敏电容相关的物理和电气性能已经总结在表 1 中。在两个设备,P1由惰性介质蒸发金担任,而另一个由铟扩散层作为透明板 P212。常规半导体方法用于处理该材料。白炽灯光照通过一个红外滤波器(Corning type 3-73)。利用完善的技术,使电容和损耗的测量应用在不同的商业装置中，但不同于规定，在必要时，又以容纳相当广泛的频率和电容所遇到的范围为主。即便如此，由于仪器的限制，这是不可能取得的数据点，在整个频率范围内的利益。而估计实验误差,通常,不大于5%,但高亏损的情况下将达到15%。单元 1（表 I）制备的高感光单晶 CdS 和商业多晶 BaTiO3(铝硅镁合金 T-128-A;美国熔岩公司)。它的测量性能,极亮情况下的频率在图 8 中所表示,预期的曲线计算从数据表 1 中有显示), 虽然未示出，如果光的电容修正数据的 BaTiO3 介电系数的相当大的频率和电压存在依赖关系(数据在铝硅镁合金公报 626,证实自己的测量)。则有这样的杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译10效果:所有的点在百分之几的预期曲线中的误差,在我们的实验允许误差内。偏差在0.1c/s,暗电容的实测值和计算值不同, 也不是由于实验误差引起的。进一步结合单元 2进行讨论，偏差将更加明显。耗散因子的数据点和预期的曲线，显示在图 8,也得到了良好的吻合。仪器的限制不允许测量时的耗散系数小于 0.0005,或在频率范围 50c/s 到 1Mc/s 外。再次,如果考虑频率的依赖关系,BaTiO 的耗散点带非常接近预期的曲线。一般来说,整体的定量预期和测量电容和损耗因子曲线之间的关系足够好,所以结果可能被视为确认电导率变化的对光电容器的影响。要作出的最后一点是，单元 1 并没有介电系数和电导的最佳比例，很明显,随着低频上升,暗电容值将达到最大耗散曲线。然而，它有一个从 1c/s 到 0.22Mc/s 的有效频率跨度延伸，在这个范围内显示出大于三个数量级的电容变化的有效频率跨度。图表 8 电容和有效耗散因子曲线是预期性能曲线计算从已知的介电性能杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译11图表 9 电容和有效耗散因子作为测量。CdS:有机硅塑料装置, 与辐照度作为一个参数。性能明显的减小,频率增加的蜿蜒黑暗电容曲线。虚线是预期的性能.单元 2 中单晶硫化镉和硅塑料（混合化合物 R-101）的性能示于图 9 中。不同的辐照度的典型曲线显示两个电容的损耗因子。这种特殊的设备是不是良好的光敏感的电容性能指标，本文已纳入表明两种特性，从我们的衍生关系但不解释。黑暗的环境条件下可能会发生的一个显而易见的效果，电容的过渡时，随着频率的增加比预期的在更宽的频率范围内延伸。图 9 和图 8 的“黑暗”曲线, ,既代表这样的表现,在后一种情况下,它是不可能获得足够的实验分在低频率显示显然偏离了计算曲线。然而,在图 9 中使用的 CdS 中，在黑暗中足够的导电性，从而使电容跃迁发生在一个可调的范围内，可以很容易地比较预期的衰减和实验衰减（虚线） 。这种现常发生在很多电介质中，并且已存在极化弛豫时间的分布一般归因于13。Mark 和 Kallma 得出的结论，用塑料矩阵，至少，这样的分布是感光颗粒电导率扩展，造成的后果由颗粒方向，形状和陷阱密度的差异。我们同意这个结论,但是,由于单晶完美的 CdS 在双核介质电容器 ,只有效应俘获可以派拉蒙。一般来说 ,CdS 著称,总捕获效应晶体用于单元 2 需要特别长的时间(几小时)到达暗电导和电容均衡,这是表明了大量集中的阈值阱缓慢释放载体。因此，我们解释暗弛豫时间分布的原因，可能产生的结果。当阈值密度中的自由载流子密度过剩，然后在移动至 K2 参与的界面传导过程中的载流子的一个显著部分的延迟。这将是一个外加场领域。在强光照下,弛豫时间变得更单调变化，因为受自由载流子阈值影响。第二个原因可能在两介质电容器关联于压电性能的主动或被动的介质。假定在特定的频率,机械共振发生的电效应的叠加更复杂的阻抗,与简单 RC 串联电路连接。这样的效果，在图 9，暗电容的损耗因数急剧飙升至 315 KC/s，是由于 CdS 介质的径向谐杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译12振模式。在这种光照条件下,通常可以避免过多复杂的选择介质的类型,形状,和晶体取向。7、结论每个介质的直流电导率，介电系数和物理尺寸方面，我们已经分析了一个明确的双核介质的平行板电容器。凭借一个介电层，即光导在此系统中的净电容是可变的。有代表性的器件的性能可以准确的预测最后的结果，因此，如果使用相对良好的介电材料制成的有效的光敏电容器,将满足特定的电光的需要。必须考虑作为零阶关系，我们得到的干扰因素更少的电介质（例如电介质展出总频率，电压的非线性，分布式极化期间，作为微观电导率不均匀的后果和导电效果等） 。在一般情况下，我们的工作，证实了卡尔曼和他的同事使用更复杂结构的介电系统所得出的结果和结论。我们已进一步显示，分析系统性能时，在低频率下，惰性介质的电导率不能总是被取为零。最后，我们需要什么样的平衡介电系数导电性的，以获得最佳的性能呢：在黑暗中，没有界面极化损失，光照条件下的最大电容率和带宽。相对于的电容变化，相对简单的结构的器件的视图，已被确认光敏电容的实用性。在原则上，可以包括许多潜在的应用领域中，正在使用机械或电压控制的电容器。然而,有严重的局限性:值得注意的是,受限制的频率范围 ,相对较慢的反应变化,不同光损耗因子,可以在一定条件下达到高值。不论是否这是一个特定的可行的应用，在其自己的操作要求上，必须进行评估。8、致谢在这里要感谢 Dr.S.G.Parker 博士在 CdS 和其他晶体方面给与的帮助，以及 J. Wallis 博士在制造各种原型器件上的帮助。杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译13参考文献:1Gordon, F., et al., Cadmium sulfide photocapacitor, 1957 IRE Natl Conv. Rec., pt 3, pp 40-48.2Hall, F., Final Report for Contract AF 33(616)-8164, Project 6272, Task 627 205: ASTI.4 404 665, 19633Kallman, H., B. Kramer, and P. Mark, Impedance measure- ments on CdS crystals, Phys. Rev., vol 99, Aug 1955, pp 1328- 1330.4Garlich, G., and X.Gibson, Electron traps and dielectric changes in phosphorescent solids, Proc. Roy. SOL. (London), vol A188, Feb 1947, pp 485-509. Gibson, A., Progress in Semiconductors, vol 1. Kew York: LViIey, 1956, pp 105-109. 5Mark, P., and H. Kallman, AC impedance measurements of photoconductors containing blocking layers analyzed by the Maxwell-Wagner Theory, J. Phys. Chem. Solids, vol 23, Aug 1962.pp 1067-10786Kronenberg, S., and C. Accardo, Dielectric changes in inorganic phosphors, Phys. Rev., vol 101, Feb 1956, pp 989-992.7Kallman, H.,B.Kramer, and A