光电器件课件第一章

光电器件课件第一章光电器件是将光电效应作为基础，通过微观结构的设计和材料的制备，在特定工作条件下实现将输入光信号转化为电子信号并输出的器件。光电器件简介定义光电器件是指将光学能量转化成电能量或将电能量转化成光学能量的器件。优点光电器件具有转换效率高、响应速度快、安装方便、电磁干扰小等优点。应用领域广泛应用于通信、测量、显示、光电子、生物医学等领域。发展历程20世纪初，基于内光电效应的研究开展，逐渐发展出光电效应管。光电器件的基本结构PN结构是光电器件最常用的结构，由P型半导体和N型半导体通过扩散或蒸镀在一起制成。光电二极管结构由PN结和两个电极组成，通过光照射PN结，使PN结产生有光电效应产生电流。CCD结构由大量的光电二极管组成，用于图像采集和处理。光纤结构由光纤芯、包层和护套组成，用于光信号的传输。光电器件的工作原理1内光电效应光照射到半导体材料，产生光生载流子的现象。2外光电效应光照射到表面金属或半导体-金属接触面上，使金属或接触层中电子被激发而逸出并变成电流。3光吸收在半导体材料中吸收光机能，电子被提高到传导带中，产生电流。4内光电效应在特定的电场或光照射下，光生载流子被分离加速运动，形成电流。光电器件的分类按工作原理分类内光电效应器件外光电效应器件光吸收器件内光电效应器件按功能分类光电转换器件光电探测器件光电放大器件光电开关和电光调制器件按材料分类硅光器件砷化镓光器件硒化锌光器件红外探测器件光电子学的历史11839年法拉第发现光电效应的原理。21873年史密斯发现光电效应物理学定律。31905年爱因斯坦发表光电效应理论，奠定了光电子学之基础。41948年夏诺基于PN结制作照射计量器。51958年西默斯、泰特利共同发明集成电路。61985年米耶尔首次观察到太赫兹波。72004年太赫兹暴发光源的出现，为光电子学的研究带来了新兴的技术支持。P型半导体和N型半导体的特性P型半导体指杂质原子被掺入到纯净的硅晶体中，使硅晶体中空穴浓度均匀的材料。N型半导体指杂质原子被掺入到纯净的硅晶体中，使硅晶体中电子浓度均匀的材料。PN结的基本特性正向工作状态当PN结正极连接于正电源，负极连接于负电源，外加电场越过PN结，使得载流子向PN结中心聚集。反向工作状态当PN结正极连接于负电源，负极连接于正电源，电场会使少数载流子受势阱束缚在PN结，形成空间电荷区。光电二极管的结构和工作原理图例光电二极管由PN结和两个电极组成，相当于一个同时具有光电转换和整流特性的器件。应用在遥控器，照相机和电脑鼠标等电子产品中广泛使用，也可以用于测量光强度、光谱分析和红外测温等。性能参数主要包括响应时间、噪声、稳定性、输出电流等。红外光电探测器的结构和工作原理1热电偶式探测器利用热电偶检测红外线辐射能力作为敏感元件，实现红外光信号转换为电信号。2元件式探测器利用选定材料的内光电效应和外光电效应作为光电转换的原理，外辅以光学聚焦的办法制成。3摄像机式探测器利用红外光成像摄像机来探测红外光信号，并将其通过彩色摄像头转化显示出来。光电转换器的基本结构和工作原理结构由光电二极管、电容器和电荷放大器构成。工作原理将光电二极管产生的电流转化成电磁波信号，再将其放大后经过处理，将其转化成数字信号输出。应用领域广泛应用于电视、医学影像、机器视觉、安检等领域。光电耦合器件的结构和工作原理图例光电耦合器件是利用光电二极管和光敏三极管，将输入和输出电路隔离，可以根据不同的信号类型分为模拟输入输出型、数字输入输出型和复合型。应用用于电力控制、适配器和充电器、家庭电器、军工电子、通讯电子等领域。性能参数主要包括耦合速度、线性范围、隔离电阻、耐热性等。光电晶体管的结构和工作原理1结构由照射区、集电区、基区和源区等四个部分构成。2工作原理在基区激发光电载流子，加上电极施加电场，从而引起漂移流，实现对输入光信号的转换。3应用用于高速数字和模拟电路、通讯系统、测量仪器等领域。4性能参数主要包括分辨时间、输出电压与光功率关系、响应时间等。光电场效应晶体管的结构和工作原理结构由通道、源和漏极及光控结构组成，与MOS场效应管很相似。通道是由光生或光诱导电荷形成的导电通路。工作原理在光控区间，同时存在一个光生局部或电场诱导的载流子，根据电场控制原理，可以实现对通道电阻的控制。应用领域用于数字、模拟、开关和放大等领域。光电阻的结构和工作原理图例由半导体材料、电极和外壳构成，工作时的电压以及外部光源对其性能影响很大。应用用于电子测量、光电自动控制等领域。性能参数主要包括响应时间、暗电阻、光照导通电阻等。光电缆的应用和特点定义光电缆是指在光缆中，光信号和电信号可以在同一根导线中进行传输的一种工作方式。应用用于音视频传输、数据传输、光网络传输。特点抗外部干扰，