第二章光電檢測器件工作原理及特性(已修改)
2025-08-13 13:01 本頁面
【正文】 第二章 光電檢測器件工作原理及特性 ? 光電檢測器件的物理基礎(chǔ) ? 光電導(dǎo)效應(yīng) ? 雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng) ? 光生伏特效應(yīng) ? 光熱效應(yīng) ? 光電檢測器件的特性參數(shù) ?光電效應(yīng)：物質(zhì)受光照射后，材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化（發(fā)射電子、電導(dǎo)率的改變、產(chǎn)生感生電動勢）現(xiàn)象。 包括： 外光電效應(yīng)：產(chǎn)生電子發(fā)射 內(nèi)光電效應(yīng)：內(nèi)部電子能量狀態(tài)發(fā)生變化 光電效應(yīng)和光熱效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光熱效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng) ?光電導(dǎo)效應(yīng)：光照射的物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生改變，光照變化引起材料電導(dǎo)率變化。是光電導(dǎo)器件工作的基礎(chǔ)。 物理本質(zhì)： 光照到半導(dǎo)體材料時，晶格原子或雜質(zhì)原子的束縛態(tài)電子吸收光子能量并被激發(fā)為傳導(dǎo)態(tài)自由電子，引起材料載流子濃度增加，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。 (屬于內(nèi)光電效應(yīng)。 ) 包括： 本征和非本征兩種，對應(yīng)本征和雜質(zhì)半導(dǎo)體材料。 本征光電導(dǎo)效應(yīng) 本征光電導(dǎo)效應(yīng)：是指本征半導(dǎo)體材料發(fā)生光電導(dǎo)效應(yīng)。 即：光子能量 hv大于材料禁帶寬度 Eg的入射光，才能激光出電子空穴對，使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。 針對本征半導(dǎo)體材料 ,即： hvEg 即存在截止波長： λ 0=hc/Eg=。 基本概念： 穩(wěn)態(tài)光電流： 穩(wěn)定均勻光照 暗電導(dǎo)率和暗電流 亮電導(dǎo)率和亮電流 光電導(dǎo)和光電流 基本公式： 暗電導(dǎo)率 Gd=σdS/L 暗電流 Id= σdSU/L 亮電導(dǎo)率 Gl= σlS/L 亮電流 Il= σlSU/L 光電導(dǎo) Gp= ΔσS/L 光電流 Ip= ΔσSU/L 光電導(dǎo)效應(yīng)示意圖 L S 本征半導(dǎo)體樣品 光 U 光電導(dǎo)弛豫過程 E t O i(%) t O 100 63 37 τr τf 矩形光脈沖 光電導(dǎo)對光強(qiáng)變化反應(yīng)的惰性引起光電流變化的延遲 輸出光電流與光功率調(diào)制頻率變化關(guān)系是一低通特性。 光電導(dǎo)效應(yīng)是非平衡載流子效應(yīng)，因此存在一定的弛豫現(xiàn)象，即光電導(dǎo)材料從光照開始到獲得穩(wěn)定的光電流需要一定的時間。同樣光電流的消失也是逐漸的。弛豫現(xiàn)象說明了光電導(dǎo)體對光強(qiáng)變化的反應(yīng)快慢程度，稱為惰性。 光電導(dǎo)增益 光 電導(dǎo)增益是表征光電導(dǎo)器件特性的一個重要參數(shù)，表示長度為 L的光電導(dǎo)體在兩端加上電壓 U后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場作用下形成的 外電流 與光生載流子在內(nèi)部形成的光電流 之比?？杀硎緸?:M=τ /τ dr τ 為器件的時間響應(yīng)
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