光电集成ppt

5. 通量阈Pth和噪声等效功率 NEP
从灵敏度R的定义式
可见，如果P＝0，应有i=0 实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为
它是瞬时噪声电流的有效值。 显然，这时灵敏度R巳失去意义，我们必须定义一个新参量 来描述光电探测器的这种特性。
光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。 噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 通常认为，如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声 电流in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。
⑶涂膜式 在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构下图。
四、光敏电阻的 特点
1、优点：
灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性之分 光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度 所测光强范围宽，可测强光、弱光
2、不足：
强光下光电转换线性差
光电导弛豫时间长
受温度影响大
光电池
硅光电池结构示意如
2. 光谱灵敏度Rλ
条于件是光下光功不谱率变灵谱的敏密情度度R况λ定R下λ由义，于为光光电电流探将测是器光的波光长谱的选函择数性，，记在为其iλ，它
Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测 器)，光子探测器则是选择性探测器。
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光 谱灵敏度曲线。
依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为
a
例。：即若小于Ri=01.000μ1A微/μ瓦W的，信in=号0.光01功μA率，不则能通被量探阈测P器th＝所0得.00知1μ，W所
以，通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率。

医学图像处理、音频处理
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6
5
2、集成电路工艺
速度高， 功耗大， 集成度低
最早MOS工 艺，速度低
超高速、高频 IC
光电集成器件
主流工艺，集 成度高、功耗 低、速度快、 抗干扰性强
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CMOS工艺
B
S
G
D
B
S
G
D
n+
n+
p+
p+
p 型衬底
n 型阱
n 阱CMOS工艺
B
S
G
D
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沿沟道x点处的电荷密度为： 沟道x点的电势，以源级为参考点
电流为：
载流子为电子，电荷为负，电荷运动方向与电流 方向相反
其中： 得到：
v＝μE μ为载流子的迁移率，E为电场 E＝－dV(x）/dx
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在整个沟道长度内积分得：
由于ID沿沟道方向是常数，因此：
电流随VGS的 增大而增加
漏极的反型层消失，出现由耗尽层
构成的夹断区。
➢电子沿沟道从源极向漏极运动，达
到夹断区边缘时，受夹断区强电场
的作用，很快漂移到漏极。 B
➢VDS的变化主要体现在夹断区上，
p+
对沟道长度和沟道内的场强影响不
大，因此可以近似认为沟道电流保
p-
持恒定。
VDS
-+
-+
VGS
G
S
D
n+
n+
夹断区
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2、NMOS 管IV特性推导与分析

光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01

新型光电子材料及信息材料的未来发展和应用前景
发展
未来，新型光电子材料及信息材料将继续沿着高性能 、低能耗、集成化的方向发展，将进一步推动光电信 息技术的进步。同时，随着人工智能、物联网等新兴 技术的不断发展，新型光电子材料及信息材料的应用 前景将更加广泛。
应用前景
新型光电子材料及信息材料可应用于通信、能源、医 疗等领域。例如，利用新型光电子器件和高效光源构 建高速光电通信系统，实现大数据传输和智能化信息 处理；利用光电传感器监测环境和生物体征，为人类 健康和社会安全提供保障；利用光子晶体和新型纳米 结构材料制造高性能光子器件，推动微电子工业的发 展。
2023
光电子材料信息材料pptx
目 录
• 引言 • 光电子材料概述 • 信息材料概述 • 光电子材料信息材料的结合 • 新型光电子材料及信息材料的展望 • 研究成果展示与讨论
01
引言
背景介绍
科学技术发展现状
随着科学技术不断发展，光电子材料信息材料已成为研究的 热点领域之一。
光电子技术的重要性
04
光Байду номын сангаас子材料信息材料的结合
光电子材料信息材料的结合原理和特点
1 2
物理和化学特性
光电子材料信息材料结合了物理和化学特性， 使材料具有更好的光电子性能和稳定性。
电子结构
光电子材料信息材料的电子结构可以调节和优 化，以提高其光电转换效率和稳定性。
3
材料异质性
光电子材料信息材料可以在不同的衬底上制备 ，以实现材料之间的异质性结合。
信息材料的趋势
未来信息材料的发展将朝着高效、快速、低成本、节能、安全等方向发展，同时会更加注重与其他领 域的交叉融合。
信息材料的应用领域和市场前景

02
有机光电材料的特性
光学性质
吸收光谱
有机光电材料能够吸收特定波长的光，表现 出不同的吸收光谱。
荧光光谱
有机光电材料在受激发后能发射荧光，荧光 光谱是其重要特性之一。
发光效率
有机光电材料的发光效率高，能够在较低的 驱动电流下实现较高的亮度。
稳定性
有机光电材料的光稳定性较好，不易因光照 而分解或变色。
05
有机光电材料的挑战与前 景
面临的挑战
稳定性问题
效率提升
有机光电材料在光照、氧气和湿度等环境 因素下容易发生降解，导致性能下降。
目前有机光电材料的效率相较于无机材料 还有待提高，尤其是在光伏和LED等领域。
大规模生产
生物相容性和安全性
实现有机光电材料的大规模生产和应用， 需要解决工艺和成本等方面的问题。
跨学科交叉研究
结合生物学、化学、物理学等多学科知识，拓展有机光电材料在生物 医学、能源和环境等领域的应用。
工艺优化和成本降低
优化有机光电材料的制备工艺，降低成本，推动其大规模生产和应用 。
06
有机光电材料的实际应用 案例
有机发光二极管显示屏
总结词
有机发光二极管显示屏是利用有机光电 材料制成的显示技术，具有轻薄、可弯 曲、低功耗等优点。
详细描述
有机非线性光学材料具有较高的非线性系数和较短的响 应时间，能够实现高速、高效的光信号处理。在光通信 中，可以利用有机非线性光学材料实现光信号的调制、 解调、倍频等功能，提高通信容量和传输速度。
有机场效应晶体管在电子书中的应用
总结词
有机场效应晶体管是一种利用有机光电材料 制成的电子器件，具有高开关比、低噪声等 优点，被广泛应用于电子书等便携式电子产 品中。

输出功率和驱动电流之间的函数关系也叫“P-I曲线”
P-I曲线会随温度的变化而变化。
（2）光谱特性 LED光谱特性主要是指发光强度、光谱峰值波长和光
谱的半高全宽Δλ（最大光强一半处的光谱全宽）等。
LED的谱线宽度Δλ与波长（有源层材料的带隙决定） 和结的温度有关：
Δλ = 3.3（kT / h）(λ2/c)
怎样实现粒子数反转呢？
答案是：如果外界向物质提供了能量，就会使得低能级上
的电子获得能量，并大量地激发到高能级上去，像一个泵一 样，不断地将低能级上的电子“抽运”到高能级上，就可达 到高能级上的粒子数N2大于低能级上的粒子数N1 ，此时，我 们称这个能量为激励或者泵浦。
4.能带理论
在实际中，原子的能级不是单一的，而是由彼此靠的很近的系列能 级组成的，这种有一定宽度的带，我们称能带。
(1)自发辐射
处在高能级E2的电子往往是不稳定的，即使没有外界的作用， 也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光 子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
(2)受激辐射
高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1 上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
式中，T为结的绝对温度驱动电流, c是光速， k为波尔兹曼常数， h为普朗克常数。
（3）调制带宽
就是功率谱降低到最大值一半时，对应0～3dB的频率范围。 LED的调制带宽为：
Δf = 1/ (2πτ) 其中τ是载流子的复合寿命。 调制带宽跟PN结的掺杂浓度和有源区的厚度有关。
（4）温度特性
LED的温度特性
光器件原理
学习目标
1.掌握激光产生的基本原理 2.掌握光源的结构、原理和性能 3.掌握光放大器的结构、原理和性能 4.掌握波分复用器的类型、原理和应用 5.掌握光电检测器的结构、原理和性能 6.了解光分插复用器的作用、原理和应用 7.了解光交叉复用器的作用、原理和应用 8.理解光开关作用、原理和应用

在没有任何外部作用时，半导体中的载流子分布达到动态平衡，此时的状态称为热平衡态 。
光电子器件的基本原理
光的吸收
当光照射到物质表面时，物质 可以吸收光能，并将其转化为
热能或电能。
光的发射
在某些条件下，物质可以自发地 或在外加能量作用下发射光。
光电子发射
当光照射到物质表面并被吸收时， 物质会释放出光电子，这些光电子 可以通过电场或磁场进行收集和检 测。
包括暗电流、响应时间、噪声等参数。
半导体光电子器件与其他光电子器件的比较
半导体光电子器件与同质结光电子器件的比较
同质结光电子器件是一种结构简单、易于制造的光电子器件，但半导体光电子器件具有更高的光电转换效率和 更宽的光谱响应范围。
半导体光电子器件与异质结光电子器件的比较
异质结光电子器件具有更高的光电转换效率，但制造工艺复杂，成本较高。
03
通过精确调控半导体材料和器件的物理性质，实现更灵活、更
智能的光信号处理和传输。
02
半导体光电子器件的基本原理
半导体的基本性质
能带结构
半导体具有能带结构，即导带、价带和禁带，其禁带宽度在室温下一般为几电子伏特。
载流子
半导体中导电的载流子包括电子和空穴，其浓度和分布受能带结构和杂质浓度等影响。
热平衡态
传感领域的应用
环境监测
半导体光电子器件可实现对环境中特定气体、温度、湿度等参 数的精确测量。
生物传感
半导体光电子器件可用于检测生物分子、细胞等，实现生物传 感。
光学成像
半导体光电子器件可用于实现高分辨率、高灵敏度的光学成像 。
其他领域的应用
能源领域
半导体光电子器件可实现太阳能电池的光电转换效率的 提高。

第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。

• 低价格、全自动、标准化的加工设备。
• 开发高产2额02、1/9低/2成本、大面积制造薄膜电池的加工方法及设备
12
2007-10
12
中国已成为光伏产业发展最快的国家
√ 最近五年产量增长184倍，产能增加700倍 截止十月底,产能已超过2900MW 2007年新增69条线
√ 2004年产量一举超过澳大利亚和印度成为 国际第四大生产国（地区）
2004
2005
2006
2007
20221/090/32年～2007上半年国内太阳能电池生产设备销售额
2007-10
800（预计）
427（1-6月）
16 16
晶硅技术PV电池制造设备： ● 国内设备制造厂（所）已具备了PV电池生产线整线装备能力：
清洗制绒机 扩散炉 刻蚀机 PECVD 丝网印刷机 低温烘干炉 烧结炉 48所、45所、2所、七星华创、43所恒力公司 ● 设备技术水平整体不高，缺乏自动化的大生产设备 以单机供应客户为主，不能向客户提供“交钥匙”的完整成套生产线设备 ● 趋势：批次加工设备 全自动连续（in line)加工设备
2021/9/2
15 15
销售额（百万元）
800 700
电池制造设备/材料生长加工设备：33/67 （2005）；27/73（2006） 2006比 2005增长率：电池制造设备 70%；材料生长加工设备 92%
597.15
600
500
400
337.45
300
200
65.95
100
154.84
0
2003
● 用淀积在（玻璃板或不锈钢板）衬底上的薄膜半导体材料制作太阳能电池 常用的薄膜材料有：非晶硅 非晶硅/微晶硅（αSi/μSi） 碲化镉（CdTe） 铜铟硒（CIS）或铜铟镓硒（CIGS）等 通常在1米大小的衬底上淀积1至数微米厚的薄膜制作太阳能电池

n
Ci 2i11
i1
（3）码盘转动中，CK变化时，所有Cj( j<K)应 同时变化。
二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘 制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只 要有—个码道提前或延后改变，就可能造成输 出的粗大误差。
消除粗大误差方法： 双读数头法，循环码代替二进制码 双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。 当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有 困难。
在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半 导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动， 进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。
图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生
若所转移的电荷通过外界得到，则其可以具备延时、 信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。
4.3 电荷耦合器件
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2 CCD图像传感器 4.3.3 图像传感器的应用
测量精度或控制精度等重要指标
硅光电池的温度特性(照度1000lx)
(5)稳定性
当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理 时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定
影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
4．1．6 光电式传感器的应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
光电池的短路电流
外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下 的电流值。
负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽
(3)频率响应
指输出电流随调制光频率变化的关系
硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换
(4)温度特性
开路电压和短路电流随温度变化的关系。 关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到