電子信息物理學ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-11 04:34 本頁面
【文章內容簡介】 短期內晶硅電池依然會是主流，但長遠來說，不排除薄膜才是光伏發(fā)電成本媲美傳統(tǒng)能源的英雄。 非增益型半導體光電探測器半導體光電探測器是將光能轉化為電能的光電器件主要應用于檢測光信號半導體光電探測器：?非 增益型光電探測器167。光電二極管（ photodiode： pn結型、 PIN型、肖特基型）167。光電導探測器（ 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）電子與空穴復合電流減少光（信號）電流電流增加總電流pn結反向偏置 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. 響應度響應度 R： 光電轉換效率R＝ 平均輸出光電流 /平均輸入射光功率量綱 [R]=V1或 μA/μW 3. 頻率響應與響應時間響應時間?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?結電容與負載電阻電路的時間常數(shù) tRC光生載流子耗盡層內飽和漂移速度 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)內擴散擴散時間 td約為 10－ 6stdtr光生載流子在耗盡層內產(chǎn)生減少 p區(qū)和 n區(qū)寬度，增加耗盡層寬度PIN管提高響應速度光電探測器的宏觀響應時間脈沖從 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：假設調制度 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層很寬漂移速度達到飽和速度： tr很小擴散區(qū)寬度很小： td也 很小響應速度光生電流響應度量子效率：Wtr 響應速度一般要求 W: 肖特基勢壘二極管金屬同 n型半導體接觸構成肖特基勢壘二極管類似與 p+n結 器件肖特基勢壘光電二極管的特點?用 很薄的、光學上透明的金屬膜，消除強烈吸收 p+層產(chǎn)生的高能光子，增強短波響應：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，在半導體表面附近吸收?類型參數(shù)：量子效率為 70%，響應時間約為 光電導探測器件光 照射半導體，吸收光子能量載流子濃度增加，電導率上升光電導響應?本征光電導效應?非 本征（雜質）光電導效應： 是雜質電離能光電導探測器（光敏電阻）光電導探測器（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合金半導體： 2μ m~25μ m?Si或 Ge的雜質光電導探測器 10μ m~120μ m 增益型和異質結半導體光電探測器增加 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部放大增益型半導體光電探測器雪崩光電二極管 APD 光晶體管結構改進異質結雪崩光電二極管，異質結光晶體管 雪崩光電二極管（ APD）PNPD高反偏壓 碰撞離化雪崩光電效應雪崩光電二極管（ APD） ?內部電流增益，靈敏度高?響應速度快，可達 1000GHz
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