電子信息物理學(xué)ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-11 04:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 短期內(nèi)晶硅電池依然會是主流，但長遠(yuǎn)來說，不排除薄膜才是光伏發(fā)電成本媲美傳統(tǒng)能源的英雄。 非增益型半導(dǎo)體光電探測器半導(dǎo)體光電探測器是將光能轉(zhuǎn)化為電能的光電器件主要應(yīng)用于檢測光信號半導(dǎo)體光電探測器：?非 增益型光電探測器167。光電二極管（ photodiode： pn結(jié)型、 PIN型、肖特基型）167。光電導(dǎo)探測器（ photoductor）?增益型光電探測器167。雪崩光電二極管（ avalanchephotodiode： APD）167。光晶體管（ opticaltransistor） 基本原理xp xn載流子在耗盡區(qū)漂移（空穴向 p區(qū)漂移，電子向 n區(qū)漂移）電子與空穴復(fù)合電流減少光（信號）電流電流增加總電流pn結(jié)反向偏置 無光照暗 電流噪聲電流電流增加 主要參數(shù)1. 量子效率量子效率 η ： 入射光子產(chǎn)生（有效）電子－空穴對的能力η ＝（ 光生 “ 電子－空穴對 ” 數(shù)目） /（入射光子數(shù)目） ＝（電功率 /單電子能量） /（光功率 /單光子能量）平均輸出光電流P： 平均入射光功率量子效率 η ： 無量綱2. 響應(yīng)度響應(yīng)度 R： 光電轉(zhuǎn)換效率R＝ 平均輸出光電流 /平均輸入射光功率量綱 [R]=V1或 μA/μW 3. 頻率響應(yīng)與響應(yīng)時間響應(yīng)時間?光生載流子渡越耗盡層的漂移時間 tr?光生載流子擴散到耗盡層邊界的的擴散時間 td?結(jié)電容與負(fù)載電阻電路的時間常數(shù) tRC光生載流子耗盡層內(nèi)飽和漂移速度 Vs=106～ 107cm/s耗盡層寬度約 10－ 3cm漂移時間 tr約為 10－ 9～ 10－ 10s耗盡層外擴散到耗盡層邊界在中性區(qū)內(nèi)擴散擴散時間 td約為 10－ 6stdtr光生載流子在耗盡層內(nèi)產(chǎn)生減少 p區(qū)和 n區(qū)寬度，增加耗盡層寬度PIN管提高響應(yīng)速度光電探測器的宏觀響應(yīng)時間脈沖從 10%升到 90%所占時間為上升時間 tr脈沖從 90%下降到 10%所占時間為下降時間 tf3. 探測率探測率：等于探測器能探測的最小輻射功率的倒數(shù)。任何探測器都有噪聲，比噪聲起伏平均值更小的信號實際上檢測不出來。產(chǎn)生如噪聲那樣大的信號所需的輻射功率，稱為探測器能探測的最小輻射功率，或稱等效噪聲功率。主要噪聲（均方電流）?熱 噪聲：?光電流噪聲（量子噪聲） :?暗電流噪聲 :?背景光電流噪聲：光 信號功率：?平均光電流：?噪聲均方電流：假設(shè)調(diào)制度 m＝ 1， 則光電二極管信噪功率比為由此得到能滿足 S/N要求的入射光功率216。若 (即噪聲主要由光電流散粒噪聲決定），則216。若 (即噪聲主要由背景光 !暗電流和熱噪聲決定）噪聲等效功率：噪聲等效功率為信噪比等于 1（ S/N=1） 時的入射功率 ,一般表示式為探測率： PIN光電二極管PNPD漂移時間 tr擴散時間 td耗盡區(qū)寬度 tr擴散區(qū)寬度 td在 p區(qū)和 n區(qū)之間夾一層本征層 i響應(yīng)速度PIN光電二極管?高阻 n型低摻雜層（ v） :pvn管?高阻 p型低摻雜層（ π ） :pπ n管PIN管 能帶圖、吸收特性PIN光電二極管：整個 I區(qū)基本上是耗盡層P層、 n層很窄、 I層很寬漂移速度達(dá)到飽和速度： tr很小擴散區(qū)寬度很小： td也 很小響應(yīng)速度光生電流響應(yīng)度量子效率：Wtr 響應(yīng)速度一般要求 W: 肖特基勢壘二極管金屬同 n型半導(dǎo)體接觸構(gòu)成肖特基勢壘二極管類似與 p+n結(jié) 器件肖特基勢壘光電二極管的特點?用 很薄的、光學(xué)上透明的金屬膜，消除強烈吸收 p+層產(chǎn)生的高能光子，增強短波響應(yīng)：適用于可見光和紫外區(qū)?蒸鍍增透膜，減少反射大部分入射光，在半導(dǎo)體表面附近吸收?類型參數(shù)：量子效率為 70%，響應(yīng)時間約為 光電導(dǎo)探測器件光 照射半導(dǎo)體，吸收光子能量載流子濃度增加，電導(dǎo)率上升光電導(dǎo)響應(yīng)?本征光電導(dǎo)效應(yīng)?非 本征（雜質(zhì)）光電導(dǎo)效應(yīng)： 是雜質(zhì)電離能光電導(dǎo)探測器（光敏電阻）光電導(dǎo)探測器（光敏電阻）?CdS： m~μ m(單晶 )、 m~μ m(多晶 )?CdSe： μ m?PbS： 3μ m?PbSe： 4μ m?CdxHg1xTe合金半導(dǎo)體： 2μ m~25μ m?Si或 Ge的雜質(zhì)光電導(dǎo)探測器 10μ m~120μ m 增益型和異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體光電探測器增加 PNPD耗盡層 I的寬度PINPD， 但 光生電流仍然很微弱多次放大噪聲放大，引入放大器噪聲S/N下降光生電流在光電探測器內(nèi)部放大增益型半導(dǎo)體光電探測器雪崩光電二極管 APD 光晶體管結(jié)構(gòu)改進(jìn)異質(zhì)結(jié)雪崩光電二極管，異質(zhì)結(jié)光晶體管 雪崩光電二極管（ APD）PNPD高反偏壓 碰撞離化雪崩光電效應(yīng)雪崩光電二極管（ APD） ?內(nèi)部電流增益，靈敏度高?響應(yīng)速度快，可達(dá) 1000GHz
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