《光電檢測技術(shù)基礎(chǔ)》ppt課件-全文預(yù)覽
【正文】 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。 圖中三條曲線各表示摻有不同量的砷施主雜質(zhì)。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 27 摻有不同量砷施主雜質(zhì)的摻金鍺雜質(zhì)光電導(dǎo)光譜分布曲線 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 28 由圖可以看出，光電導(dǎo)在光子能量 ，表示本征光電導(dǎo)開始。這時受表面影響大，諸如表面能級、表面復(fù)合與電極等可能降低量子產(chǎn)額，減少載流子遷移率與壽命，都將引起光電導(dǎo)下降。在最大值的長波方面，光電導(dǎo)的下降是較好理解的。如 PbS， PbSe， PbTe可以有效地利用到 10μ m的紅外光波段，而 CdS可以有效地利用可見光到 X光的短波范圍。反之亦然。 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 當(dāng)輸入功率按照正弦規(guī)律變化時 ,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。 如果在光電導(dǎo)體中自由電子與空穴均參與導(dǎo)電，那么，光電增益的表達(dá)式為 G = β(τnμn +τpμp )U/l2 式中 τn和 τp分別為自由電子和空穴的壽命； μn和 μp分別為自由電子和空穴的遷移率。根據(jù)恒照即定態(tài)條件下電子與空穴的產(chǎn)生率與復(fù)合率相等可推導(dǎo)出： G = βτ/ tL ： （ 1） 式中 β為量子產(chǎn)額，即吸收一個光子所產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)； τ為光生載流子壽命； tL為載流子在光電導(dǎo)兩極間的渡越時間，一般有 tL = l /μE = l2 /μU （ 2） 將式（ 1）代入式（ 2）可得 G = βτμU/l2 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 20 式中 l為光電導(dǎo)體兩極間距； μ為遷移率； E為兩極間的電場強(qiáng)度； U為外加電源電壓。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 19 一、光電導(dǎo)體的靈敏度 靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。半導(dǎo)體和絕緣體都有這種效應(yīng)。 特點(diǎn)：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)。即： hvEg 即存在截止波長： λ0=hc/Eg=。 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。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 14 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。 ? 在理解上述定義時，必須掌握以下三個要點(diǎn) ： ? 原因：是輻射，而不是升溫； ? 現(xiàn)象：電子運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化； ? 結(jié)果：電導(dǎo) 率變化 、光生伏特、光電子發(fā)射。 載流子濃度很大時，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴產(chǎn)生帶內(nèi)能級間躍遷而出現(xiàn)的非選擇性吸收 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 10 激子和晶格吸收 ? 指所吸收輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裨拥恼駝幽芰?，或由庫侖力相互作用形成電子和空穴的能量? ? 光注入產(chǎn)生非平衡載流子，導(dǎo)致半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為 非平衡載流子 。這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為 平衡載流子 濃度。 ? 摻入的雜質(zhì)可以分為 施主雜質(zhì) 和 受主雜質(zhì) 。摻入硅原子數(shù)百萬分之一的雜質(zhì)時，電導(dǎo)率為 2 /(歐姆 ?厘米 )) ? 半導(dǎo)體導(dǎo)電能力及性質(zhì)受光、電、磁等作用的影響。 ? 電阻率 106 ~103歐姆 ?厘米范圍內(nèi) —— 導(dǎo)體 ? 電阻率 1012歐姆 ?厘米以上 —— 絕緣體 ? 電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間 —— 半導(dǎo)體 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 3 半導(dǎo)體的特性 ? 半導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的，而且對溫度變化非常敏感。 ? 固體按導(dǎo)電能力可分為：導(dǎo)體、絕緣體和介于兩者之間的半導(dǎo)體。 （純凈 Si在室溫下電導(dǎo)率為 5*106/(歐姆 ?厘米 )。 ? 在純凈的半導(dǎo)體中摻入一定的雜質(zhì)，可以顯著地控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 5 平衡和非平衡載流子 ? 處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度一定。 ? 處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是平衡載流子濃度，比它們多出一部分。 ? 產(chǎn)生的非平衡電子濃度等于價帶非平衡空穴濃度 。 ? 吸收包括：本征吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收、晶體吸收 ? 本征吸收 —— 由于光子作用使電子由價帶躍遷到導(dǎo)帶 ? 只有在入射光子能量大于材料的禁帶寬度時，才能發(fā)生本征激發(fā) 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 9 雜質(zhì)吸收和自由載流子吸收 ? 引起雜質(zhì)吸收的光子的最小能量應(yīng)等于雜質(zhì)的電離能 ? 由于雜質(zhì)電離能比禁帶寬度
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