[理學(xué)]第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識-文庫吧
2025-09-20 00:56 本頁面
【正文】 出去，所以可當(dāng)作朗伯反射面處理，于是有 dΦs= πLdS式中， Ls稱為該表面的視亮度。 Ls=KE/π良好的朗伯反射面不論從任何角度去觀察，具有大致相同的亮度。當(dāng)漫射系數(shù) K≈1時，在白光照射下，朗伯反射體看起來仍是白色的。乳白玻璃可以把入射光向空間各方向散不是僅僅向半球空間散射，所以其視亮度為 L′s=KE/2π 4. 定向輻射體 從成像光學(xué)儀器發(fā)出的光束，一般都集中在一定的立體角內(nèi)，其輻射有一定的方向性。為了與余弦輻射體相區(qū)別，稱它為定向輻射體。最典型的定向輻射源是激光器。激光器的光束截面 ΔS很小，約為 1 mm2；而光束又高度平行，發(fā)散角約為 2′=6 104rad，相應(yīng)的立體角 Δ Ω 約為 106sr。由于光束的指向與 ΔS垂直，故 cosθ =1。假設(shè)功率為 10 mW 的激光器，其輻亮度為 L = ΔΦ /（ ΔSΔ Ωcosθ） ≈ 1010W /（ srm2） 而太陽的輻亮度只有 3 108W /（ srm2）。 ?輻射度量與光度量 ?半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) ?基本定律 ?光電檢測器件的特性參數(shù) 固體材料按其電阻率分為三類： 導(dǎo) 體 電阻率 106~ 絕緣體 電阻率 半導(dǎo)體 電阻率 103~ 常見半導(dǎo)體材料：元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、氧化物半導(dǎo)體、固熔體半導(dǎo)體、有機半導(dǎo)體、玻璃半導(dǎo)體、稀土半導(dǎo)體等。 一 、半導(dǎo)體的特性 半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)一般為負(fù)，對 溫度的變化非常敏感。 導(dǎo)電性能可受微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力及性質(zhì)會受熱、光、電、磁等外界作用影響而發(fā)生非常重要的變化。 二、能帶理論 原子能級與晶體能級 1）能級（ Energy Level） 在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個殼層上的電子具有分立的能量值，也就是電子按能級分布。 用一條條高低不同的水平線表示電子的能級 2）能帶（ Energy Band） 原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊，殼層交疊使 電子不再局限于某個原子上，有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運動到更遠(yuǎn)的原子殼層上去，這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。 共有化使能級發(fā)生擴展，擴展后的多個相鄰很近的能級統(tǒng)稱為能帶。 3）禁帶（ Forbidden Band） 允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶。 允許帶之間的范圍不允許電子占據(jù)稱為禁帶。 電子中是先占據(jù)原子殼層中的內(nèi)層允許帶，然后再向高能量的外面一層允許帶填充。 被電子占滿的允許帶稱為滿帶。 每一個能級上都沒有電子的能帶稱為空帶。 4）價帶（ Valence Band） 原子中最外層的電子稱為價電子，與價電 子能級相對應(yīng)的能帶稱為價帶。 5）導(dǎo)帶（ Conduction Band） 價帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶。 導(dǎo)帶的底能級 Ec 價帶的頂能級 Ev 禁帶 Eg= Ec Ev 6）載流子 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運動（形成電流）來實現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子 (carrier)。 導(dǎo)體中的載流子為自由電子 半導(dǎo)體中的載流子為帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。 導(dǎo)帶中的電子數(shù)目和禁帶寬度決定了材料的導(dǎo)電性能。 絕緣體 半導(dǎo)體 導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體 1）本征半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)完整、純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。 自由電子和空穴都是由于共價鍵破裂而產(chǎn)生的，所以電子濃度 n等于空穴濃度 p，并稱之為本征載流子濃度 ni， ni隨溫度升高而增加，隨禁帶寬度的增加而減小 。 2）雜質(zhì)半導(dǎo)體 半導(dǎo)體中人為地?fù)饺肷倭侩s質(zhì)形成摻雜半導(dǎo)體，雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能影響很大。 3）摻雜對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響 半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級，因此會明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴數(shù)目，從而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 nn pn ?nn pn ?N型半導(dǎo)體與 P型半導(dǎo)體的比較 半導(dǎo)體 所摻雜質(zhì) 多數(shù)載流子 （多子） 少數(shù)載流子 （少子） 特性 N型 施主雜質(zhì) 電子 空穴 電子濃度nn≥空穴濃度 pn P型 受主雜質(zhì) 空穴 電子 電子濃度np≤空穴濃度 pp 熱平衡態(tài)下的載流子 激發(fā)：電子獲得一定的能量從價帶躍遷到 導(dǎo)帶，形成自由電子和自由空穴。 復(fù)合：電子從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量 的量子態(tài)，向晶格釋放能量。 在一定溫度下，若沒有其他的外界作用，激發(fā)和復(fù)合相平衡，稱為熱平衡狀態(tài) 非平衡載流子 1）激發(fā)和復(fù)合 在外界作用時，激發(fā)大于復(fù)合，這種增加的電子和空穴稱為非平衡載流子。 濃度用 表示。 pn ?? ,在導(dǎo)帶和價帶中的電子和空穴的濃度分別為 ?????????pppnnn00有恒定光照時， n和 p增大，復(fù)合率上升，直到達(dá)到新的平衡。 光照停止時， n和 p減小，復(fù)合率下降，再次達(dá)到平衡。 2）復(fù)合與非平衡載流子壽命 τ 三種復(fù)合機制：直接復(fù)合 通過復(fù)合中心復(fù)合 表面復(fù)合 直接復(fù)合 導(dǎo)帶中電子直接跳回到價帶，與價帶中的空穴復(fù)合。
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