VVVVVVVVVVVVVVIVVVNS BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO X X TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ¥ ¥ KHOA VẬT LÝ 4 X wae X X X X LUAN VAN TOT NGHIEP x x x x X x x x THE TN x % % 2 x % x % RAP TT it x Xã % X x % xX X ae ET EE x x xX xX x X x xX LS Ls ` % x GVHD: Thay Pham Huy Chau 4 xX SVTH :Huỳnh Thi Xuân Kiểu x X KHOA: 1999-2003 x x Y YX ^ ~ YHƯ-=VIỄN ^ X X YX % x x x THANH PHO HO CHi MINH x X THANG 5 NAM 2003 x 24^2^2424242^2^2^2^2^2 222 222222^2^ˆ^^ˆˆˆˆˆˆ ^^ EER KK LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHẠM HUY CHÂU Khóa 1999-2003 .asssssea T7 ẽố rẽ. LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, chúng ta đang sống trong thời đại mà khoa học kỹ thuật phát triển vô cùng mạnh mẽ. Những thành tựu mà nó mang lại cho đời sống con người hết sức to lớn. Sản phẩm của các ngành khoa học kỹ thuật góp phần quan trọng trong việc cải thiện và nâng cao đời sống xã hội, những sản phẩm của ngành này ngày càng phong phú và đa đạng hơn, ngày càng tiên tiến hơn.
Cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ điện-điện tử, bằng chứng là các thiết bị điện tử, kỹ thuật vi mạch đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dung rộng rãi và phổ biến trong mọi lĩnh vực kỹ thuật, trong nền kinh tế và trong nhà trường. thì ngành bán dẫn cũng đã phát triển ở trình độ cao. Ngành này đã sản xuất ra rất nhiều linh kiện có tính năng tốt để đáp ứng đòi hỏi ngày càng nhanh và phức tạp của một số ngành như công nghệ thông tin, ngành điện tử công nghiệp.Các linh kiện bán dẫn, cùng với các linh kiện điện tử đã tạo ra các thiết bị ngày càng hoàn chỉnh hơn, hiện đại hơn và tiên lợi hơn. Chẳng han như ta có thể điều khiển tivi, máy điều hòa.từ 1 khoảng cách rất xa.
Sở di tivi nhận được tín hiệu từ remote điểu khiển là do có bộ phân cầm biến trong đó, cảm biến ánh sáng hồng ngoại, cu thể là photodiod hoặc phototransistor. Trong nội dung của luận văn này, chúng tôi sẽ đi tìm hiểu về photodiod và các mạch nối ghép với nó. Tuy nhiên, do lần đầu tiên tiếp cận với một đề tài khoa học (một hình thức nhỏ), do hạn chế về mặt thời gian và kiến thức nên chắc chấn luận van này không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự góp ý và hướng din thêm từ các thầy cô và các bạn để được hoàn chỉnh hơn.
em xin chân thành cám ơn thầy PHAM HUY CHAU, người đã trực tiếp hướng dẫn và bổ sung những kiến thức mà em còn thiếu trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Cùng toàn thể thầy cô, Ban chủ nhiệm khoa đã tao diéu kiến thuận lợi cho chúng em hoàn thành luận văn tốt nghiệp. 940004 944/044 904 v6 9090061909244 eee SVTH: Huỳnh Thị Xuân Kiểu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHAM HUY CHAU noe otha 1999-2003. 2 TONG QUAN Sơ đồ khối Photodiod Khuếch đại thuật toán Ảnh sáng hồng ngoại PHAN I: LY THUYET 1.
KHUÊCH DAI THUAT TOÁN ll]. KHUẾCH ĐẠI THUAT TOÁN TIEU CHUAN 741 V. CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN VI. MẠCH TẠO XUNG Vill.
CÁC HO LOGIC-MACH TÍCH HỢP SỐ PHAN II: THỰC HANH - Lắp mạch Analog khuếch đại tín hiệu từ photodiod bằng khuếch đại thuật toán. - Và mạch điện tử điều khiển: |. Điều khiển đèn sáng hoặc tắt đồng thời với tiếng bíp của loa 2. Điều khiển môtơ chạy theo chiều thuận, dừng lại và chạy theo chiều ngược.
Điều khiển đèn sáng ở nhiều trạng thái. 2 EBLE LMM LLL CL LL LLL RA LALLA LLL LAA LLL LOLOL LL LLL LLM LL A A SVTH: Huỳnh Thị Xuân Kiểu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHAM HUY CHAU Khéa 1999-2003 .Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là hiện tượng làm xuất hiện sức điện động trên 2 cực của chuyển tiếp P-N khi dude chiếu sáng.1) là cấu tao đơn giản hóa của 1 chuyển tiếp P-N và giản đổ ning lượng tương ứng của nó. Giả sử phiến bán dẫn P có chiều dày W khá nhỏ và ánh sáng chiếu vào bể mặt của phiến này. O nhiệt độ thường.
các nguyên tử tạp chất trong 2 khối bán dẫn đều đã bị ion hóa nghĩa là không còn điện tử trên các mức tạp chất. Vì vậy, khi chiếu ánh sáng vào, nếu năng lượng của photon lớn hơn (hoặc bằng )bề rộng vùng cấm sẽ giải phóng các điện tử hóa trị thành điện tử tự do, làm sản sinh ra từng cap điện tử- 16 trống. O vùng bể mặt của bán dẫn P (nơi được chiếu sáng) sẽ xuất hiện nồng độ hạt dẫn An, Ap nhiều hơn so với các vùng ở xa. Vì vậy các hạt dẫn vừa sản sinh ra sẽ khuếch tán vé phía néng độ thấp, tức là về phía vùng nghèo (chuyển tiếp P-N).
Trong vùng nghèo này vốn đã có điện trường tiếp xúc hướng từ NP cho nên nồng độ điện tử An sẽ bị điện trường cuốn về bên bán dẫn N, còn Ap bị đẩy về bên bán dẫn P. Kết quả là có sự tích tụ điện SVTH: Huỳnh Thi Xuân Kiểu 3 ECOL LLL LLL LL 4+, re LL LLL ALCL LLL LLL LLAMA LEM EAM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHAM HUY CHAU Khóa 1999-2003 ee Otel tích trong 2 phía đối diện của vùng nghèo: bên P tích điện (+), bên N tích điện (-). Nếu 2 cực của chuyển tiếp P-N là hở mạch (không có tải mắc ở mạch ngoài) thì sư tích tụ điện tích sẽ tăng dần. Các điện tích vừa tăng thêm này sẽ trung hòa bớt điện tích trong vùng nghèo của các ion âm và duơng, làm cho hiệu thế tiếp xúc của chuyển tiếp P-N gidm xuống.
Thoạt đầu, trạng thái cân bằng của vùng nghèo bị phá vỡ: hiệu thế tiếp xúc giảm làm dòng khuếch tán của hạt dẫn đa số tăng lên, đến khi trị số của dòng này bằng dòng trôi của số hạt dan An, Ap do ánh sáng tạo ra thì tình trạng cân bằng sẽ được hồi phục. Tương ứng với trang thái đó giữa bán dẫn P và N sẽ tổn tại một hiệu số điện thế là: V=Va-Vẹ Hiệu thế Vạ (do các hạt dẫn sản sinh nhờ ánh sáng An, Ap tích tụ gây nên, Vạ<V,,) gọi là sức điện động quang. Nếu nối 2 cực của chuyển tiếp P-N với điện trở tải R, thì dưới tác dụng của sức điện động quang Vạ trong mạch ngoài sẽ có ddng điện lạ, gọi là dòng quang điện, Chiểu của Ie trùng với chiểu của dòng điện ngược của chuyển tiếp P-N. Trị số lạ phụ thuộc vào tốc độ sản sinh các cặp điện tử- lổ trống dưới tác dụng của ánh sáng vì vậy tỉ lệ với quang thông ®: lạ=S.® Hệ số tỉ lệ S gọi là độ nhậy quang.Photodiod 42 nổi 5 te trả: maa công tác gudng W vangø Stee tick không - gian SVTH: Huỳnh Thị Xuân Kiểu.
AEE ORLA COLMA g2.eg g g P96 LER LLAMA LAE E LEMMA ELLE AE 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thấy PHAM HUY CHAU Khéa 1999-2003 2.1 Cấu tạo va họat động Ứng dụng hiệu ứng quang điện người ta chế tạo ra photodiod. Đó là một chuyển tiếp P-N có cấu trúc sao cho ánh sáng để dàng chiếu trực tiếp lên bể mặt phiến bán dẫn.2) cho ta cấu trúc của một photodiod. Nhu đã biết giữa lớp P và N hình thành một vùng điện tích không gian. Trong trường hợp lớp P có mật độ pha tạp lớn hơn lớp N rất nhiều, ta có lớp P”,và vùng điện tích không gian được trải rộng ra phần lớn là trong lớp N với độ rộng: Xử: v-[M +\ Ì (1) ny „ Vy: Điện áp khuếch tin ny : Mật độ pha tạp trong lớp n V : Điện áp bên ngoài Điện dung của lớp chuyển tiếp tỉ lệ nghịch với độ rộng W,từ phương trình trên ta có điện dung của lớp chuyển tiếp P-N: + c_—.
OO OE EEL EEE EAE an. TL ưa OODLE DOD nở, g. SVTH: Huỳnh Thị Xuân Kiểu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHAM HUY CHAU Khóa 1999-2003 OOOO EOLA ELBEAEELELELEREELEEEEEEEEEEEE LE LLL LELLAEM EE LMM LM. Nếu các hạt photon xuyên qua diod với năng lượng hv>E,, các hạt điện tử được nâng lên vùng dẫn và để lổ trống ở lại vùng hóa trị hình (1.3) Điện trường trong vùng điện tích không gian sẽ đẩy đi các hạt mang điện tích đa số và hút các hạt mang điện tích thiểu số ở lớp đối diện (như thế lổ trống ở lớp N sẽ bị hút sang lớp P và electron ở lớp P bị hút sang lớp N).
Trong trường hợp này, cap mang điện tích electron- 16 trống bị phân ly và một đòng quang điện chạy qua một mạch điện bên ngoài diod mà không cin một điện ấp ( hiệu ứng quang điện). Các hạt điện tích xuất hiện trong vùng điện tích không gian sẽ bị hút đi ngay lập tức vì sự hiện diện của điện trường ở đây. Các hạt điện tích ở những vùng khác, dau tiên phải khuếch tán đến vùng điện tích không gian trước khi bị phân ly. Nếu độ dài khuếch tán của chúng ngắn và đã tái hợp trước khi đến vùng điện tích không gian, chúng không góp phẩn vào dòng quang điện.
Như thế dòng quang điện lạ gồm có đòng điện l; do điện trường của vùng điện tích không gian và dòng điện khuếch tán Ip từ những vùng khác. Nếu lớp P” rất mỏng so sánh với chiều sâu thẩm thấu 1/œ,(œ,= hệ số hấp thu) của bức xạ, dòng quang điện từ lớp P* có thể coi như không đáng kể và dòng quang điện Ip của cả diod có thé viết như sau: l„=q®, | |. L no J L, :chiéu dai khuếch tán của 16 trống trong vùng N q :điện tích của một electron , :quang thông a, :hé số hấp thu a, là đại lượng duy nhất trong phương trình thay đổi theo bước sóng. Nó xác định đặc tuyến quang phổ độ nhạy của photodiod.c EOLA AAA AAO LAR LEMAR LLAMA MMM A LEAR SVTH: Huynh Thi Xuan Kiéu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: thầy PHAM HUY CHAU Khóa 1999-2003 satsa ELEM: .t téee didn nae née Hinh(1.4)dac tuyến V-I của một photodiod Đô rong W của vùng điện tích không gian tùy thuộc vào độ pha tạp và điện áp.
Nó ảnh hưởng đến phẩm chất của tính thể và cả độ dài khuếch tin của Lạ. Để photodiod có độ nhạy cao, W và L, cẩn có trị số lớn. Tùy theo chế độ làm việc, diod có thể làm việc như một diod bình thường ( với một điện áp bên ngoài) hay như một tế bào quang điện bán dẫn (photocell) ( không có điện áp bên ngoài).