【正文】 －空穴 對(duì) 條件： 特點(diǎn)： 本征吸收： (a)本征半導(dǎo)體； (b)N型半導(dǎo)體； (c) P型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 和 雜質(zhì)半導(dǎo)體 內(nèi)部，都有可能發(fā)生 本征吸收 ?。?！ 特別注意： 非本征吸收： ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc???? ?????? ?? 或(a)本征半導(dǎo)體； (b)N型半導(dǎo)體； (c) P型半導(dǎo)體 光子能量不足以使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶 ，包括雜質(zhì)吸收、 自由載流子吸收 、 激子吸收 、 晶格吸收 雜質(zhì)吸收： N型半導(dǎo)體 施主束縛電子 ?導(dǎo)帶 P型半導(dǎo)體 受主束縛空穴 ?價(jià)帶 本征吸收 電子 －空穴 對(duì) 雜質(zhì)吸收 ? ?gg0 ?? EEhc ??本征吸收 雜質(zhì)吸收 0? 波長(zhǎng)增大 ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc?????????? ?? 或本征吸收與非本征吸收比較： 電子 或 空穴 理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴(kuò)散與漂移 理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系 1． 非平衡載流子的注入和復(fù)合 2. 非平衡載流子的壽命 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 1．非平衡載流子的注入和復(fù)合 非平衡載流子 （過剩載流子） 光生載流子 熱生載流子 1．非平衡載流子的注入和復(fù)合 產(chǎn)生： 復(fù)合： －－使非平衡載流子濃度增加的運(yùn)動(dòng) －－使非平衡載流子濃度減小的運(yùn)動(dòng) 壽命？？？ 光生載流子的平均生存時(shí)間稱為光生載流子的壽命，用 τc表示。 非本征光電導(dǎo)效應(yīng) 本征光電導(dǎo)效應(yīng) 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) (雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng) ) －－雜質(zhì)吸收 －－本征吸收 本征光電導(dǎo) )( p0n0d ??? pne ??? ? ? ? ][ p0n0 ??? ppnne ??????? ?d n pe np? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?暗電導(dǎo)率： 亮電導(dǎo)率： 光電導(dǎo)率： 光電導(dǎo)率的相對(duì)值： p0n0pnd ??????pnpn??????00d)1(pbnnb??????? 本征光電導(dǎo) 光電導(dǎo)率的相對(duì)值： p0n0pnd ??????pnpn??????00d)1(pbnnb???????要制成（相對(duì)）光電導(dǎo)高的器件，應(yīng)該使 n0和p0有較小數(shù)值。 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 1)愛因斯坦定律 Whvm e ?? ?2m a x21Whch ??0??Whc?0? ? ?μm0 W??W逸出功 截止波長(zhǎng) （長(zhǎng)波限） ? ? W??－－光電發(fā)射 －－本征吸收 ? ?gg0 EEhc ???－－雜質(zhì)吸收 ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc???? ?????? ?? 或結(jié)論： －－截止波長(zhǎng)對(duì)比 波長(zhǎng)增大 光電發(fā)射 雜質(zhì)吸收 本征吸收 2)金屬逸出功和半導(dǎo)體的發(fā)射閾值 金屬逸出功 : f0 EEW ??半導(dǎo)體發(fā)射閾值 : ？？基本概念： 真空能級(jí) E0 電磁真空中 靜止電子能量（體外自由電子最小能量） 電子親和勢(shì) EA 真空能級(jí)與導(dǎo)帶 底 能級(jí)之差稱為電子親和勢(shì) 2)金屬逸出功和半導(dǎo)體的發(fā)射閾值 電子親和勢(shì) 的物理意義？ 2)金屬逸出功和半導(dǎo)體的發(fā)射閾值 金屬逸出功 : f0 EEW ??半導(dǎo)體發(fā)射閾值 : Agth EEE ??理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 量子效率 轉(zhuǎn)換規(guī)律 －－適應(yīng)范圍： 光子 探測(cè)器 量子效率： ? ?的光子數(shù)每秒入射波長(zhǎng)為數(shù)每秒產(chǎn)生的平均光電子??? ?100? ? ％ －－原因： 反射、透射、散射等 探測(cè)器類型 η（％） 光電導(dǎo)探測(cè)器（本征） ～ 60 光電導(dǎo)探測(cè)器（非本征） ～ 30 光伏探測(cè)器 ～ 60 光電子發(fā)射探測(cè)器 ～ 10 量子效率 進(jìn)一步分析： 距表面位置 x處 Δx的長(zhǎng)度內(nèi)，單位時(shí)間 吸收 的光子數(shù)為： 0 ( 1 )()Δ Δ ΔxrexN x xh v h v?????????單位體積內(nèi)電子－空穴對(duì)的產(chǎn)生率（ m?3s?1） 0y z y zΔ( ) ( 1 )ΔxNg x r el l x h vl l??? ?? ? ? 量子效率 進(jìn)一步分析： 單位體積內(nèi)電子－空穴對(duì)的產(chǎn)生率（ m?3s?1） 0y z y zΔ( ) ( 1 )ΔxNg x r el l x h vl l??? ?? ? ?x方向的電流密度（ A/m2）為 000yz0yz( ) d ( 1 ) d( 1 ) ( 1 )xxxllxlJ e g x x r e e xhv l lr e ehv l l???????? ? ?? ? ??? 量子效率 進(jìn)一步分析： x方向的電流密度（ A/m2）為 000yz0yz( ) d ( 1 ) d( 1 ) ( 1 )xxxllxlJ e g x x r e e xhv l lr e ehv l l???????? ? ?? ? ???yz0/( 1 ) ( 1 )/xlJ l l erehv????? ? ? ? ? 量子效率 進(jìn)一步分析： yz0/( 1 ) ( 1 )/xlJ l l erehv????? ? ? ? ?提高量子效率： －－反射率 r低， －－吸收系數(shù) α大， －－吸收厚長(zhǎng)度 lx要大 例如，在探測(cè)器入射面鍍上高透射率的 抗反射層 ； 利用微型諧振腔的光場(chǎng)諧振以 增強(qiáng)吸收 等。 SU(λ)或 SI(λ)隨波長(zhǎng) λ的變化關(guān)系稱為探測(cè)器的 光譜特性 （曲線）。 光子探測(cè)器，光電轉(zhuǎn)換規(guī)律 4. 光探測(cè)器噪聲：散粒噪聲、熱噪聲、產(chǎn)生－復(fù)合噪聲、 電流噪聲（ 1/f噪聲） 、溫度噪聲、 5. 光探測(cè)器特性參數(shù)：光電特性、靈敏度、噪聲等效功率、響應(yīng)時(shí)間 。 22n r n r44kT fi ,u kT f RR???? 光電探測(cè)器的噪聲 f? 為測(cè)量的頻帶寬度 熱噪聲： 白噪聲 2. 散粒噪聲（ Shot噪聲） 光電探測(cè)器的 散粒噪聲 是由于探測(cè)器在光輻射作用或熱激發(fā)下引起光電子或載流子的隨機(jī)起伏 2ns 2ei I f??I為器件輸出平均電流 散粒噪聲：白噪聲 光電探測(cè)器的噪聲 3．產(chǎn)生－復(fù)合噪聲 －－又稱為 g－ r噪聲 （ Generation Rebination） 半導(dǎo)體器件中由于載流子的產(chǎn)生與復(fù)合而引起的平均載流子濃度的隨機(jī)起伏。 本征光電導(dǎo) ? ?d n pe np? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?光電導(dǎo)率： 非本征光電導(dǎo) 光電導(dǎo)率： ? ? ? ?? ? ? ?n d np d peNePnp? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?型型理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) PN結(jié) 光 N P 一塊半導(dǎo)體， P區(qū)與 N區(qū)