Cảm biến công nghiệp : Cảm biến quang part 5

Hiệu ứng quang điện phát xạ hay còn được gọi là hiệu ứng quang điện ngoài là hiện tượng các điện tử được giải phóng khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng khi chiếu vào chúng một bức xạ ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn một ngưỡng nhất định và có thể thu lại nhờ tác dụng của điện trường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến công nghiệp : Cảm biến quang part 5 VP - ®iÖn ¸p th¾t kªnh.Khi bÞ chiÕu s¸ng, chuyÓn tiÕp P-N ho¹t ®éng nh− mét photodiot cho dßng ng−îc: I r = I0 + I PIP = SgΦ - dßng quang ®iÖn.I0 - dßng ®iÖn trong tèi.Sg - ®é nh¹y cña ®iot cæng - kªnh.Φ - th«ng l−îng ¸nh s¸ng.Dßng Ir ch¹y qua ®iÖn trë Rg cña m¹ch cæng x¸c ®Þnh ®iÖn thÕ VGS vµ vµ dßng m¸ng: VGS = R g (I 0 + I P ) − E gEg - thÕ ph©n cùc cña cæng. Phototranzito hiÖu øng tr−êng ®−îc øng dông nhiÒu trong viÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn¸p b»ng ¸nh s¸ng.2.3. C¶m biÕn quang ®iÖn ph¸t x¹2.3.1. HiÖu øng quang ®iÖn ph¸t x¹ HiÖu øng quang ®iÖn ph¸t x¹ hay cßn ®−îc gäi lµ hiÖu øng quang ®iÖn ngoµi lµhiÖn t−îng c¸c ®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng khái bÒ mÆt vËt liÖu t¹o thµnh dßng khi chiÕuvµo chóng mét bøc x¹ ¸nh s¸ng cã b−íc sãng nhá h¬n mét ng−ìng nhÊt ®Þnh vµ cãthÓ thu l¹i nhê t¸c dông cña ®iÖn tr−êng. C¬ chÕ ph¸t x¹ ®iÖn tö khi chiÕu s¸ng vËt liÖu xÈy ra theo ba giai ®o¹n: - HÊp thô photon vµ gi¶i phãng ®iÖn tö bªn trong vËt liÖu. - §iÖn tö võa ®−îc gi¶i phãng di chuyÓn ®Õn bÒ mÆt. - §iÖn tö tho¸t khái bÒ mÆt vËt liÖu. Khi mét ®iÖn tö hÊp thô photon vµ ®−îc gi¶i phãng, di chuyÓn cña nã trongkhèi vËt liÖu mang tÝnh ngÉu nhiªn theo mäi h−íng, do ®ã chØ mét l−îng rÊt nháh−íng tíi bÒ mÆt. MÆt kh¸c, trong qu¸ tr×nh di chuyÓn, c¸c ®iÖn tö nµy cã thÓ vach¹m víi c¸c ®iÖn tö kh¸c vµ mÊt ®i mét phÇn n¨ng l−îng do ®ã chØ mét l−îng nhá®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng tíi ®−îc bÒ mÆt. MÆt kh¸c, sù ph¸t x¹ cña c¸c ®iÖn tö saukhi ®· ®Õn ®−îc bÒ mÆt chØ cã thÓ xÈy ra khi ®éng n¨ng cña nã ®ñ th¾ng ®−îc hµngrµo thÕ ph©n c¸ch vËt liÖu víi m«i tr−êng. Víi tÊt c¶ nh÷ng ®iÒu kiÖn trªn, sè ®iÖn tö ph¸t x¹ trung b×nh khi mét photon bÞhÊp thô (hiÖu suÊt l−îng tö ) th−êng nhá h¬n 10% vµ Ýt khi v−ît qu¸ 30%. - 44 - VËt liÖu chÕ t¹o: Phô thuéc vµo b−íc sãng ¸nh s¸ng, vËt liÖu chÕ t¹o photocatotcã thÓ chän trong c¸c lo¹i sau:- AgOCs nh¹y ë vïng hång ngo¹i.- Cs3Sb, (Cs)Na2KSb vµ K2CsSb: nh¹y víi ¸nh s¸ng nh×n thÊy vµ vïng tö ngo¹i.- Cs2Te, Rb2Te vµ CsTe chØ nh¹y trong vïng tö ngo¹i.HiÖu suÊt l−îng tö cña c¸c vËt liÖu trªn ~ 1 - 30%.Ngoµi ra cßn dïng c¸c hîp chÊt cña c¸c chÊt thuéc nhãm III - V, ®ã lµ c¸c hîp chÊtGaAsxSb1-x , Ga1-xInxAs, InAsxP1-x, ng−ìng nh¹y s¸ng cña chóng n»m ë vïng hångngo¹i (λ ~1µm), hiÖu suÊt l−îng tö ®¹t tíi 30%.2.3.2. TÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng TÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng gåm mét èng h×nh trô cã mét cöa sæ trong suèt,®−îc hót ch©n kh«ng (¸p suÊt ~ 10-6 - 10-8 mmHg). Trong èng ®Æt mét catot cã kh¶n¨ng ph¸t x¹ khi ®−îc chiÕu s¸ng vµ mét anot. Φ K A A K K A H×nh 2.24 S¬ ®å cÊu t¹o tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ngS¬ ®å t−¬ng ®−¬ng vµ sù thay ®æi cña dßng anot Ia phô thuéc vµo ®iÖn thÕ anot -catot Vak biÓu diÔn trªn h×nh 2.25. Ia (µA) A Ia 4,75 mW 4 E 3 2,37 mW 2 K 0,95 mW Rm 1 0 20 40 60 80 100 120 Vak (V) a) b) H×nh 2.25 S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng vµ ®Æc tr−ng I - v cña tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng - 45 -§Æc tr−ng I - V cã hai vïng râ rÖt: + Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian ®Æc tr−ng bëi sù t¨ng m¹nh cña dßng khi ®iÖn ¸pt¨ng. + Vïng b¶o hoµ ®Æc tr−ng bëi sù phô thuéc kh«ng ®¸ng kÓ cña dßng vµo ®iÖn¸p. TÕ bµo quang ®iÖn ®−îc sö dông chñ yÕu trong vïng b¶o hoµ, khi ®ã nã gièngnh− mét nguån dßng, gi¸ trÞ cña dßng chØ phô thuéc vµo th«ng l−îng ¸nh s¸ng mµnã nhËn ®−îc. §iÖn trë trong ρ cña tÕ bµo quang ®iÖn rÊt lín vµ cã thÓ x¸c ®Þnh tõ®é dèc cña ®Æc tuyÕn ë vïng b¶o hoµ: 1 ⎛ dI a ⎞ =⎜ ⎟ ρ ⎜ dVak ⎟ Φ ⎝ ⎠§é nh¹y phæ cña tÕ bµo quang ®iÖn ®−îc biÓu diÔn th«ng qua gi¸ trÞ cña dßng anottrong vïng b·o hoµ, th−êng vµo cì 10 - 100 mA/W.2.3.3. TÕ bµo quang ®iÖn d¹ng khÝ TÕ bµo quang ®iÖn d¹ng khÝ cã cÊu t¹o t−¬ng tù tÕ bµo quang ...