光敏二極管和光敏三極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件,與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好,可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)。
一、光敏二極管
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與符號(hào)
光敏二極管和普通二極管相比雖然都屬于單向?qū)щ姷姆蔷€性半導(dǎo)體器件,但在結(jié)構(gòu)上有其特殊的地方。
光敏二極管在電路中的符號(hào)如圖z0129 所示。光敏二極管使用時(shí)要反向接入電路中,即正極接電源負(fù)極,負(fù)極接電源正極。
2.光電轉(zhuǎn)換原理
根據(jù)pn結(jié)反向特性可知,在一定反向電壓范圍內(nèi),反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時(shí),如果無光照射pn結(jié),則因本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量有限,反向飽和電流保持不變,在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng)有光照射pn結(jié)時(shí),結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對(duì)(稱之為光生載流子),使流過pn結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而劇增,此時(shí)的反向電流稱為光電流。不同波長的光(蘭光、紅光、紅外光)在光敏二極管的不同區(qū)域被吸收形成光電流。被表面p型擴(kuò)散層所吸收的主要是波長較短的蘭光,在這一區(qū)域,因光照產(chǎn)生的光生載流子(電子),一旦漂移到耗盡層界面,就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下,被拉向n區(qū),形成部分光電流;彼長較長的紅光,將透過p型層在耗盡層激發(fā)出電子一空穴對(duì),這些新生的電子和空穴載流子也會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下,分別到達(dá)n區(qū)和p區(qū),形成光電流。波長更長的紅外光,將透過p型層和耗盡層,直接被n區(qū)吸收。在n區(qū)內(nèi)因光照產(chǎn)生的光生載流子(空穴)一旦漂移到耗盡區(qū)界面,就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下被拉向p區(qū),形成光電流。因此,光照射時(shí),流過pn結(jié)的光電流應(yīng)是三部分光電流之和。
二、光敏三極管
光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的pn結(jié)作為感光面,一般用集電結(jié)作為受光結(jié),因此,光敏二極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通二極管。其結(jié)構(gòu) 及符號(hào)如圖z0130所示。
當(dāng)人射光子在基區(qū)及集電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子一空穴對(duì)時(shí),便形成光生電壓。由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極,從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了β倍的信號(hào)電流。因此,光敏三極管是一種相當(dāng)干將基極、集電極光敏二極管的電流加以放大的普通晶體管放大。