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光電開關(guān)紅外傳感器的工作原理
 
錄入時間:2014-12-23 15:15:43瀏覽次數(shù):1
 

利用光子效應(yīng)所制成的紅外光電開關(guān)傳感器,統(tǒng)稱紅外光電傳感器。按照光子效應(yīng)的工作原理可將光子效應(yīng)分為光電發(fā)射 效應(yīng)、光電導效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電磁效應(yīng)。光電子發(fā)射 效應(yīng)是指在光輻射作用下產(chǎn)生的光電子會逸出被照射材料的表面,常成為外光電效應(yīng),它多發(fā)生在金屬類材料中。光電導效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電磁效應(yīng)則是普遍在材料的內(nèi)部產(chǎn)生的,電子并不逸出材料的表面,故這三種形式的效應(yīng)常稱為內(nèi)光電效應(yīng)。

  按照光電紅外光電開關(guān)傳感器的工作原理,一般分為內(nèi)光電和外光電傳感器兩種,內(nèi)光電傳感器又分光電導傳感器、光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種。

  1、外光電傳感器(PF器件)

  當光輻射照在某些材料的表面上時,若入射光的光子能量足夠大,就能使材料的電子逸出表面,向外發(fā)射出電子,這種現(xiàn)象叫做外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)。真空光敏二極管、充氣光敏二極管、光電倍增管等便屬于這種類型的傳感器,而增強硅靶攝像管、二次電子電導攝像管等則是由外光電效應(yīng)制成的攝像器件。外光電傳感器的響應(yīng)速度比較快,一般只需幾個毫微秒,但電子逸出需要較大的光子能量,只適宜在近紅外輻射或可見光范圍內(nèi)使用。

  2、光電導傳感器(PC器件)

  當紅外輻射照射在某些光導體材料表面上時,半導體材料中有些電子和空穴可以從原來不導電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐щ姷淖杂蔂顟B(tài),使半導體的導電率增加,這種現(xiàn)象叫做光電導現(xiàn)象。

  利用光電導現(xiàn)象制成的傳感器稱為光電導傳感器,如硫化鉛PBS、硒化鉛PBSE、銻化甸INSB、等材料都可制造光電導傳感器。使用光電導傳感器時,需要制冷和加上一定的偏壓,否則會使響應(yīng)率降低、噪聲大、響應(yīng)波段窄,以致使紅外傳感器損壞。

  3、光生伏特傳感器(PV器件)

  在無光照射下,PN結(jié)內(nèi)存在內(nèi)部自建電場E。當紅外輻射照射在PN結(jié)及其附近時,結(jié)內(nèi)電場作用下,自由電子移動向N區(qū),空穴則移動向P區(qū)。在PN結(jié)開路情況下,則在PN結(jié)的兩端生一個附加電動勢,這個動勢稱為光生電動勢,這種現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。利用這種效應(yīng)制成的傳感順口 ,稱為光生伏特紅外光電開關(guān)傳感器。

  常見光生伏特傳感器的半導體材料有INAS砷化錮等,常見的是PN結(jié)型光伏器件。光伏型器件除了單元器件外,還有陳列器件、件等。常見的單元器件有:光電池、光敏二極管、雪崩光敏二極管、光電三極管及硅靶攝像管等。

  4、光磁電傳感器(PEM器件)

  將某些半導體材料置于強磁場中,當紅外輻射照射在它的表面上時,則在這種材料的表面層內(nèi)便激發(fā)出光生載波子電子——空穴對,并在其表面層和體內(nèi)形成載流子嘗試梯度,于是光生載流子向內(nèi)部擴散。在擴散過程中,由于磁場產(chǎn)生的洛侖茲力的作用,電子和空穴將各偏向一邊,產(chǎn)生電荷積累,這種現(xiàn)象叫做光磁電效應(yīng)。利用光磁電效應(yīng)的傳感器,稱為光磁電傳感器。

  光磁電傳感器不需要制冷,響應(yīng)波段可達7um左右,時間常數(shù)小,響應(yīng)速度快,不用加偏壓,內(nèi)阻極低,噪聲小,有良好的穩(wěn)定性和可靠性,但其靈敏度低,低噪聲前置放大器制作 困難,因而影響了使用。

  5、光子發(fā)射傳感器(PE器件)

  當光照射在某些金屬、金屬氧化物或某些半導體表面上時,假若入射光的光子能量hv足夠大,電子吸收光子能量后就能逸出材料表面,即向外發(fā)射電子,這種現(xiàn)象就叫做光電子發(fā)射效應(yīng)或稱外光電效應(yīng)。

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