光敏二、三极管的光电性能研究和光电倍增管特性实验资料

物电学院综合与设计性实验方案(学生)

姓名 潘虹吉 学 号 1430140518 2016 年12 月 日 实验课程 名 称 实验项目 名 称 实验项目 类 型 电子与光电子材料 学院专业 材料科学与工程 光敏二、三极管的光电性能研究和光电倍增实验班级 2014级1班 管特性实验 方 案 探究型实验 潘虹吉 编写人 项目合罗刚 作人员 实 验 实验地点 实训楼 2016.12. 时 间 指导教师 范强老师 实验员 曹进老师 审 阅 一、 目的与要求综述： 光敏二、三极管的光电性能研究目的： 1．掌握光敏二、三极管的原理和特性 2．利用DH-CGOP1光电传感器设计实验仪、万用表等测试光敏二、三极管的伏安特性曲线； 3.利用DH-CGOP1光电传感器设计实验仪、万用表等测试光敏二、三极管的光照特性曲线； 光电倍增管特性实验目的： 1. 了解光电倍增管的基本特性，学习光电倍增管基本参数的测量方法。 2. 掌握暗电流的测量方法； 3. 光电倍增管放大倍数的计算； 4. 掌握光电倍增管光电特性测量； 二、 主要实验原理、内容与步骤： 1.光敏二极管工作原理 光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也

越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.光敏三极管工作原理 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN或PNP结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。 3.光电倍增管的工作原理： 用下图说明光电倍增管的工作原理，K 是光电阴极，受光照射时发射电子，D 为聚焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系统，将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔射向第一倍增极D1，D1～D10 为倍增极，所加电压逐级增加。每一级约80～150V，A 为收集电子的阳极。这些电极封装在真空管内，光电阴极附近制作光入射窗口。在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干二次电子，这些电子在电场的作用下，又射向第二倍增极，又引起第二倍增极更多的二次电子发射……，此过程一直继续D10。最后经倍增的电子被阳极A 收集而输出电流，在负载RL 上产生信号电压。可以根据负载RL 上产生的电信号来研究此光电倍增管的光电增益情况。

三、 预期项目完成以后达到的目标： 1.对不同条件和方式下测试所得数据进行分析、计算，做出光敏二、三极管的伏安特性曲线和光照特性曲线，比较与实验指导书上的实验结果有何异同，结合光敏二、三极管的特性对作所曲线进行解释。 2. 对测试所得数据(自行设计数据记录表格)进行分析、计算、做出图像，分析理解光电倍增管的基本特性。 四、项目所需仪器设备与器材： 光敏二、三极管的光电性能研究： 光敏二极管、光敏三极管、导线、电阻、万用表 光电倍增管特性实验： 实验仪器：SGY-6光电倍增管特性实验仪，计算器，草稿本，作图工具及其它相关资料。 五、主要参考资料： 实验指导书 六．数据记录与处理：

光电倍增管实验数据：

七．作图与规律性总结(描述) 光敏二极管伏安特性曲线中光照强度一定时，光照强度一定，当反偏电压为0时，光电流有一定数值，并且在反偏压很小时光电流会缓慢增加，然后在反偏电压大于某一数值时，光电流随反偏电压的增加而基本保持不变，变化很微小。 当反偏电压一定时，光照强度越强，其光电流也越大。光照强大从弱光逐渐增大，光电流也增大。

光敏三极管伏安特性曲线与二极管的有相似之处，光照强度一定时，光电流随反偏电压缓慢增加到某个值时，然后光电流随反偏电压的增加而基本保持不变，变化很微小。 当反偏电压一定时，光照强度越强，其光电流也越大。光照强大从弱光逐渐增大，光电流也增大。 三极管与二极管伏安特性曲线不同在于光电流从0开始缓慢增加，在三极管的光照强度比二极管的光照强度小时，然而其光电流反而比二极管的大。 光敏二极管关照强度曲线，理论上应该是反偏压一定时，随着光照强度增大，其光电流也会逐渐增大，其规律与实验做出的图形相符。当光照强度一定时，反偏压越大，光电流也越大，如图也呈这种规律。然后造成如图基本重合的原因可能是仪器本身的误差以及读数时的误差。

光敏三极管关照强度曲线和二极管相似，随着光照强度增大，其光电流也会逐渐增大，其规律与实验做出的图形相符。当光照强度一定时，反偏压越大，光电流也越大，如图也呈这种规律。 在其他条件相同的情况下，光敏三极管的光电流比光敏二极管的光电流大。 阳极灵敏度中，在光照强度一定时，电流随电压先缓慢增加后急剧增加。

阴极灵敏度中，光照强度一定时，电流随电压缓慢增加。 光照强度增加，电流也相应增加。 八．思考题 1. 分析二极管单向导电性失败的场合及原因？ (1)、正向偏压太低，不足以克服死区电压； (2)、正向电流太大，会使PN结温度过高烧毁； (3)、反向偏压太高，造成反向击穿； (4)、工作频率太高，使结电容容抗下降而反向不截止。 2. 与光敏二极管相比，光敏三极管有什么优势? (1)光敏三极管可以认为是光敏二极管与三极管的一体化结构，其特性是光敏二极管的输出特性再加上三极管的特性; (2)光敏三极管具有很强的光电流放大作用，即很高的灵敏度 3.简述光电倍增管的工作原理？ 光电倍增管建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上，结合了高增益、低 噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区；当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 4.介绍光电倍增管可用于什么领域？ 光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。 如：光谱学:紫外/可见/近红外分光光度计、原子吸收分光光度计、发光分光光度计、荧光分光光度计、拉曼分光光度计 质量光谱学与固体表面分析:固体表面分析 环境监测:尘埃粒子计数器、浊度计、NOX监测 生物技术:细胞分类、荧光计 医疗应用:正电子CT、液体闪烁计数、临床检查 射线鉴定:区域检测仪、射线测量仪 资源调查:石油测井应用 工业计测:厚度计、半导体检查系统 备注：具体项目内容超出表格时可另加附页。

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