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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优点光电器件是指将光学能量转化成电能量或将电光电器件具有转换效率高、响应速度快、安装能量转化成光学能量的器件方便、电磁干扰小等优点应用领域发展历程广泛应用于通信、测量、显示、光电子、生物20世纪初,基于内光电效应的研究开展,逐渐医学等领域发展出光电效应管光电器件的基本结构结构光电二极管结构结构PN CCD是光电器件最常用的结构,由P由PN结和两个电极组成,通过由大量的光电二极管组成,用型半导体和N型半导体通过扩散光照射PN结,使PN结产生有光于图像采集和处理或蒸镀在一起制成电效应产生电流光纤结构由光纤芯、包层和护套组成,用于光信号的传输光电器件的工作原理内光电效应外光电效应12光照射到半导体材料,产生光生载流子的现光照射到表面金属或半导体-金属接触面上,象使金属或接触层中电子被激发而逸出并变成电流光吸收内光电效应34在半导体材料中吸收光机能,电子被提高到在特定的电场或光照射下,光生载流子被分传导带中,产生电流离加速运动,形成电流光电器件的分类按工作原理分类按功能分类按材料分类•内光电效应器件•光电转换器件•硅光器件•外光电效应器件•光电探测器件•砷化镓光器件•光吸收器件•光电放大器件•硒化锌光器件•内光电效应器件•光电开关和电光调制器件•红外探测器件光电子学的历史年11839法拉第发现光电效应的原理年18732史密斯发现光电效应物理学定律年31905爱因斯坦发表光电效应理论,奠定了光年电子学之基础19484夏诺基于PN结制作照射计量器年51958西默斯、泰特利共同发明集成电路年19856米耶尔首次观察到太赫兹波年72004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型半导体和型半导体的特性P N型半导体型半导体P N指杂质原子被掺入到纯净的硅晶体中,使硅晶体中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电子浓度均匀的材料结的基本特性PN正向工作状态反向工作状态当PN结正极连接于正电源,负极连接于负电源,当PN结正极连接于负电源,负极连接于正电源,外加电场越过PN结,使得载流子向PN结中心聚电场会使少数载流子受势阱束缚在PN结,形成集空间电荷区光电二极管的结构和工作原理图例应用性能参数光电二极管由PN结和两个电极组在遥控器,照相机和电脑鼠标等主要包括响应时间、噪声、稳定成,相当于一个同时具有光电转电子产品中广泛使用,也可以用性、输出电流等换和整流特性的器件于测量光强度、光谱分析和红外测温等红外光电探测器的结构和工作原理热电偶式探测器1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元件式探测器2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,外辅以光学聚摄像机式探测器3焦的办法制成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工作原理应用领域由光电二极管、电容器和电荷将光电二极管产生的电流转化广泛应用于电视、医学影像、放大器构成成电磁波信号,再将其放大后机器视觉、安检等领域经过处理,将其转化成数字信号输出光电耦合器件的结构和工作原理图例应用性能参数光电耦合器件是利用光电二极管用于电力控制、适配器和充电器、主要包括耦合速度、线性范围、和光敏三极管,将输入和输出电家庭电器、军工电子、通讯电子隔离电阻、耐热性等路隔离,可以根据不同的信号类等领域型分为模拟输入输出型、数字输入输出型和复合型光电晶体管的结构和工作原理结构工作原理12由照射区、集电区、基区和源区等四个部分在基区激发光电载流子,加上电极施加电场,构成从而引起漂移流,实现对输入光信号的转换应用性能参数34用于高速数字和模拟电路、通讯系统、测量主要包括分辨时间、输出电压与光功率关系、仪器等领域响应时间等光电场效应晶体管的结构和工作原理结构工作原理应用领域由通道、源和漏极及光控结构在光控区间,同时存在一个光用于数字、模拟、开关和放大组成,与MOS场效应管很相似生局部或电场诱导的载流子,等领域通道是由光生或光诱导电荷形根据电场控制原理,可以实现成的导电通路对通道电阻的控制光电阻的结构和工作原理图例应用性能参数由半导体材料、电极和外壳构成,用于电子测量、光电自动控制等主要包括响应时间、暗电阻、光工作时的电压以及外部光源对其领域照导通电阻等性能影响很大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,传输距离远,传输速度快,能满足高速光通信的应用需求光电器件的发展趋势未来光电器件的研究方向主要包括高速大容量、多功能一体化和高效率低功耗等方面发展,将更广泛地应用于导航和遥感、信息传输和处理、半导体光电应用等领域。