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光電子復習參考第4章(編輯修改稿)

2025-06-16 01:33 本頁面
 

【文章內容簡介】 濃度影響小,光生電子對 p 區(qū)電子濃度的影響大,則從 p 區(qū)表面向 p 區(qū)內自然形成電子擴散趨勢。 )()( mevEi?? ?iE 若 p 區(qū)的厚度小于電子的擴散長度,則大部分光生電子都能擴散進入 pn 結。 一旦電子進入 pn 結,就立刻被內電場 掃向 n 區(qū)。 這樣,光生電子 —空穴對就被內電場分離出來,空穴留在 p 區(qū),電子通過擴散流向 n 區(qū)。此時,用電壓表就能量出 p 區(qū)正, n 區(qū)負的開路電壓。 光照零偏 pn 結產生開路電壓的效應,稱為光生伏特效應。 iE 如果用理想電流表接通 pn結,則有電流通過,稱為短路光電流: ( pn結的零偏電阻) 如圖所示為 pn結的 伏安特性曲線與光電二 極管的伏安特性曲線。 由曲線可以看出: 光照零偏 pn結,產生開路光電壓 (光電池工作原理 ), 光照反偏 pn結,有光電流 (結型光電探測器工作原理 ) 000 iRu ? soiBeTkR ?0 pn 結光伏探測器的典型結構及作用原理如圖所示。 假定: * 光生電子 空穴對在 pn結的 結區(qū) 耗盡區(qū)內產生。 * 內電場 Ei的作用,電子向 n區(qū)、空穴向 P區(qū)漂移運動, * 光伏探測器兩端被短路, 被內電場分離的電子和空穴就在外 回路中形成電流 , 稱為 短路光電流 。 ?i pn結光伏探測器的等效電路圖,并寫出光照下 pn結的電流方程,畫出其伏安特性曲線,并說明該曲線的特點,請說明利用光伏效應制作的探測器有哪些,分別工作在伏安特性曲線圖中的那個區(qū)域? 167。 光伏探測器 光伏探測器 與 光電導探測器 相比較, 主要區(qū)別 : ① 產生光電變換的部位不同 光電導探測器是 均值型 ,光照任何部分電導都增大 。 光伏探測器是 結型 ,只有結區(qū)附近光產生光伏效應 . ② 光電導探測器 沒有 極性 ,工作必須外加 偏壓 。 光伏探測器 有正負極 ,不需外電壓也進行光電轉換 . ③ 光電導探測器 主要依賴于 非平衡 載流子 的多子 產生復 合運動,弛豫時間長, 響應速度 慢,頻率響應性能較 差。 光伏探測器 主要依賴于 結區(qū)非平衡載流子中的少子 漂 移運動,弛豫時間較小,響應速度快,頻率響應時間 特性好。 相同點 : 都是利用內光電效應。 pn 結光伏探測器的典型結構及作用原理如圖所示。 假定: * 光生電子 空穴對在 pn結的 結區(qū) 耗盡區(qū)內產生。 * 內電場 Ei的作用,電子向 n區(qū)、空穴向 P區(qū)漂移運動, * 光伏探測器兩端被短路, 被內電場分離的電子和空穴就在外 回路中形成電流 , 稱為 短路光電流 。 ?i 就光電子形成的過程,光伏探測器和光電導探測器有十分類似的情況,可以把光電導探測器光電轉換關系式進行改寫: 改寫后為: 式中: ,是 光伏探測器中一個光生電子所貢獻的總電荷量。 除了 Q 項外,光伏和光導的其它物理量都可以用一種形式描述。 ?? H jw d xi 0 )( xnevj n? hv w L peRxn xn ???? ??? )1()(dxeRhvpQi x?? ?? ?? ?? )1(neMQ ? 一個光生電子 空穴對所貢獻的總電荷量 Q 是多少? 在耗盡區(qū)中 X 處產生的光生電子 空穴對,空穴向左漂移 X 距離到達 p 區(qū),電子向右漂移( LX)距離到達 n 區(qū)。 空穴和電子的漂 移時間分別為 tp 和 tn,則空穴和電子電 流脈沖的強度分別為 和 。 ptente 則空穴和電所貢獻的電荷量為: 因此,一個電子一空穴對所貢獻的總電荷量為: 所以: 這個結果表明, 光伏探測器的內電流增益 Mn=1,這是和光電導探測器明顯不同的地方 。 LexQ p /? LxLeQ n /)( ??eQ np ???phvei ?? ? ⑴ 兩種工作模式 : 當光照射 pn 結時: * 入射光子能量大于材料禁帶寬度; * 在結區(qū)產生電子 空穴對; * 非平衡載流子在內建電場的作用下 ,分別向 n 區(qū)和 p 區(qū)運動,產生 光生電壓 , * 只要光照不停止,光生電壓將永遠存在,其大小與 pn 結的性質及光照度有關。 結型光電器件在有光照條件下,可以使用于正偏置、零偏置和反偏置。但理論和實際證明: ① 正偏置 :單向導電性 (普通二級管 ),無光電效應產生 。 ② 零偏置 : pn結無外加電壓,產生光伏效應, 光伏工作模式; ③ 反偏置 :無光照時,電阻很大,電流很小 , 有光照時,電阻變小,電流變大, 流過的光電流隨照度變化而變化,與光敏電阻一樣, 光電導工作模
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