第二章光電檢測器件工作原理及特性-文庫吧
2025-07-17 13:01 本頁面
【正文】 τ dr為載流子在兩極間的渡越時間 光 電導(dǎo)器件常做成梳狀電極，光敏面做成蛇形，即保證了較大的 受光表面 ，又可減小 電極間距離 ，從而減小載流子的有效極間渡越時間，也利于提高靈敏度 光 電導(dǎo)器件的光電導(dǎo)增益與帶寬積為一常數(shù)，即 MΔ f=常數(shù)。表明，光電導(dǎo)增益越大，光電靈敏度越高，而器件的帶寬越低。反之亦然。這一結(jié)論對光電效應(yīng)現(xiàn)象有普遍性。 雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)： 雜質(zhì)半導(dǎo)體 常 用光電導(dǎo)材料：硅 Si、鍺 Ge及摻雜的半導(dǎo)體材料，以及一些有機物。 雜質(zhì)半導(dǎo)體中施主或受主吸收光子能量后電離中，產(chǎn)生自由電子或空穴，從而增加材料電導(dǎo)率的現(xiàn)象。 雜質(zhì)半導(dǎo)體禁帶寬度比本征小很多，因此更容易電離，響應(yīng)波長比本征材料要長得多。用 EI表示雜質(zhì)半導(dǎo)體的電離能，則截止波長： λ 0=hc/EI。 特點：容易受熱激發(fā)產(chǎn)生的噪聲的影響，常工作在低溫狀態(tài)。 光生伏特效應(yīng) 達(dá) 到內(nèi)部動態(tài)平衡的半導(dǎo)體 PN結(jié)，在光照的作用下，在 PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動勢，稱為光生電動勢。這就是光生伏特效應(yīng)。也稱光伏效應(yīng)。 物理本質(zhì)： PN結(jié)內(nèi)建電場使得載流子（電子和空穴）的擴散和漂移運動達(dá)到了動態(tài)的平衡，在光子能量大于禁帶寬度的光照的作用下，激光出的電子空穴對打破原有平衡，靠近結(jié)區(qū)電子和空穴分別向 N區(qū)和 P區(qū)移動，形成光電流，同時形成載流子的積累，內(nèi)建電場減小，相當(dāng)于在 PN加了一個正向電壓。即光生電動勢。 Ip P N _ _ _ _ VD V+ 光照 P N Ec Ev EF eVD 無光照 有光照 P N Ec Ev EF eVDeV 形成過程： 空穴 電子 光生（正向）電壓產(chǎn)生正向注入電流（由 P指 N）： I+=Is[exp(qV/kT)1] I+ 當(dāng) PN結(jié)外接回路時，總電流與光生電流和結(jié)電流之間關(guān)系： I=IpI+=IpIs[exp(qV/kT)1] 負(fù) 載接入外回路，電流為 I，則 PN結(jié)兩端電壓為： V=(kT/q)ln[(IpI)/Is+1] PN結(jié)開路時， I=0，求得開路電壓： Voc =(kT/q)ln (Ip/Is+1) 可 見 Voc與 Ip為非線性關(guān)系。 PN結(jié)短路， V=0，求得短路電流即光電流： Isc=Ip=qη /hν =P 沒有光照時， Ip=0，外加正向電壓為 V時，有 I+=Is[exp(qV/kT)1] 注意：光 伏效應(yīng)與光照相聯(lián)系的是少數(shù)載流子的行為，少數(shù)載流子的壽命通常很短。所以以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測器件比以光電導(dǎo)效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測器件有更快的響應(yīng)速度。
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