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◆当光照射到光电导体上时,若这个光电导体为本征半导体材料,而且光辐射能量又足够强,光电导材料价带上的电子将被激发到导带上去,如图8-2所示:
图8-2电子能级示意图
从而使导带的电子和价带的空穴增加,致使光导体的导电率变大。为了实现能级的跃迁,入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg,即:
●光生伏特效应:在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。
①势垒效应(结光电效应)
接触的半导体和PN结中,当光线照射其接触区域时,便引起光电动势,这就是结光电效应。
②侧向光电效应
当半导体光电器件受光照不均匀时,由载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。
◆光电管是外光电效应的器件, 有真空光电管和充气光电管 两类。
◆光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料徐敷在玻璃泡内 壁上做成,其感光面对准光图8-3光电管的结构 的照射孔。当光线照射到光敏材料上,便有电子逸出,这些电子被具有正电位的阳极所吸引,在光电管内形成空间电子流,在外电路就产生电流。
(1)光电管的伏安特性
◆在一定的光照射下,对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。
◆真空光电管和充气光电管的伏安特性分别如同8-4(a)和(b)所示。它是应用光电传感器参数的主要依据。
图8-4光电管的伏安特性
(2)光电管的光照特性:通常指当光电管的阳极和阴极之间的所加电压一定时,光通量和光电流之间的关系为光电管的光照特性。
◆光电管阴极材料不同,其光照特性也不同。
◆光照特性曲线的斜率(光电流与入射光通量之比称为光电管的灵敏度。
(3)光电管光谱特性
◆一般对于光电阴极材料不同的光电管,它们有不同的红限频率v0,因此它们可用于不同的光谱范围。
◆即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率v0,并且强度相同,随着入射光频率的不同,阴极发射的光电子的数量还会不同,即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同,这就是光电管的光谱特性。
◆所以,对各种不同波长区域的光,应选用不同材料的光电阴极。
◆光电倍增管也是基于 外光电效应的器件。 由于真空光电管的灵 敏度较低,因此人们 便研制了光电倍增管, 其工作原理如图8-5所 示。图8-5光电倍增管的外型和工作原理
(1)倍增系数M
◆倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射电子δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都一样,则M=δi,因此,阳极电流I为:
◆M与所加电压有关,一般在10~10之间。如果电压有波动,倍增系数也要波动,因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极的电压为1000V-2500V,两个相邻的倍增电极的电压差为50V-100V。
(2)阴极灵敏度和总灵敏度一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。
光电倍增管的放大倍数或总 灵敏度如图8-6所示。极间 电压越高,灵敏度越高;但 极间电压也不能太高,太高 反而会使阳极电流不稳。另 外,由于光电倍增管的灵敏 度很高,所以不能受强光照 射,否则将会损坏。
图8-6光电倍增管的特性曲线