【文章內(nèi)容簡介】 載流子復(fù)合過程一般有直接復(fù)合和間接復(fù)合兩種 。 如果材料中含有極少的 缺陷、錯位或雜質(zhì) ，它們中的 價鍵未被填滿的原子起著施主或受主的作用，在禁帶中形 成能級； 雜質(zhì)也能在禁帶中形成能級起施主或受主的作用 ， 禁 帶中的這些能級就是復(fù)合中心 。自由電子可先與復(fù)合中心 復(fù)合而使復(fù)合中心帶電，再由庫侖力的作用而與空穴復(fù)合； 自由空穴也可經(jīng)類似過程進行復(fù)合。 間接復(fù)合往往在復(fù)合 過程中起主要作用。 若光由照射到停止，光生載流子濃度會因復(fù)合而逐漸 減小，最后逐漸回到平衡狀態(tài)。復(fù)合有先有后，光生載流 子停留在自由狀態(tài)的時間是不等的，有的長些，有的短些。 光生載流子的平均生存時間稱為光生載流子的壽命 。 ?22 當材料的局部位置受到光照時，將產(chǎn)生局部位置的光生載流子。這時電子將從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種現(xiàn)象稱為載流子擴散。 擴散有一定方向，可以形成電流。在擴散過程中，流 過單位面積的電流稱為擴散電流密度，它正比于光生載流 子的濃度梯度，即 dxdnqDJnnD ? dxdpqDJppD ?? 式中， JnD、 JpD分別為電子擴散電流密度和空穴擴散 電流密度。 Dn、 Dp分別是電子和空穴的擴散系數(shù)； 和 是指在 x方向上的電子和空穴的濃度梯度。 dxdn dxdp注意 :由于載流子擴散取載流子濃度減少方向，所以空穴形成的電流是負的。因電子的電荷是負值，擴散方向的負號與電荷的負號相乘，使電子形成的電流是正值。 23 半導(dǎo)體受外電場作用時，其中的電子向正極運動，空穴向負極運動，這種定向運動稱為載流子漂移 。 根據(jù)歐姆定律 : xx EJ ?? J的大小應(yīng)與載流子濃度和載流子沿電場的漂移速度 成正比。對于 N 型半導(dǎo)體有 xx qnvJ ?式中 q 是電子的電荷； 為電子沿 x方向的速度。 與電場強度成線性關(guān)系： xv xvxnx Ev ??式中， 為電子遷移率，單位是 cms1／ Vcm1。 n?聯(lián)立式以上三式解得 : nnq ???同樣，對于 P 型材料也有 : ppq ?? ?24 dxdpqDEpqJJJdxdnqDEnqJJJpppEpDpnnnEnDn??????????總電流密度為 : pn JJJ ?? 在電場作用下 ,漂移所產(chǎn)生的電子和空穴電流密 度分別為 : x p pE x n nE E pq J E nq J ? ? ? ? 特別是當擴散和漂移共存時 ,總的電子和空穴電流密 度矢量分別為 : 如果一物體，在任何溫度下對任何波長的入射輻射 能的吸收比都等于 1，那么這物體稱為絕對黑體。 絕對黑體的吸收比 αB (λ,T)=1，反射比 ρB（ λ,T） =0 25 重要結(jié)論 :物體的光譜發(fā)射率總等于其光譜吸收比。 1860年，基爾霍夫發(fā)現(xiàn)物體的 輻射出射度 與物體的吸 收比之間有內(nèi)在聯(lián)系。 基爾霍夫定律 :任何物體的單色輻出度和單色吸收比之比，等于同一溫度時絕對黑體的單色輻出度。 定義 :物體的光譜發(fā)射率 如果有一物體，對各種波長的吸收比雖小于 1但近似地為一常數(shù) η ，那這物體稱為 灰體 ， η稱為灰體的黑度。一般金屬材料大都可以近似地看成灰體； 結(jié)論說明 :強吸收體必然是強發(fā)射體 。 ( , ) ( , )( , )e eBMT MTT? ??? ?( , )( , ) ( , )( , )eeBMTTTMT?? ? ? ????26 在短波區(qū)或溫度不高的情況下 ， ＜＜ c2， 則可將此式簡化成 T? 德國物理學(xué)家普朗克根據(jù)光的量子理論，推導(dǎo)出黑體光譜輻射出射度與波長、絕對溫度之間關(guān)系的著名公式 : )mK(2104387 )2Wm(?????????式中 c為光速 , k和 h分別為玻爾茲曼常數(shù)和普朗克常數(shù)。 215( , ) ( 1 )eB cTcMTe ?? ?? ?251( , ) cTeBM T c e ??? ??? 這是公認的物體間熱力傳導(dǎo)基本法則，雖然有物理 學(xué)家懷疑此律在兩個物體極度接近時不能成立， 而普朗 克也對此定律在微距物體間是否仍成立，持保留態(tài)度 。 但始終無法證明和提出實證。 此發(fā)現(xiàn)讓人們對基本物理有了進一步的了解，同時對改良計算機數(shù)據(jù)儲存用的硬盤的記錄頭以及發(fā)展儲聚能源的新設(shè)計應(yīng)用上十分重要。 27 黑體光譜輻射出射度與波長和溫度的關(guān)系曲線 。 舉一常見的例子 :如低溫度的火爐所發(fā)出的輻射能較多地分布在波長較長的 紅光 中，而高溫度的自熾燈所發(fā)出的輻射能較多地分布在波長較短的 綠光 與 藍光 中 . 針對這些曲線有兩個問題 : ? ,最大值的溫度和波長之間 有什么關(guān)系 ? 圖中 :每一條曲線反映了在一定溫度下 ,絕對黑體的單色輻出度按波長的分布情況 . 28 4. 斯蒂芬 (Stefan)—玻耳茲曼定律 每一條曲線下的面積等于 絕對黑體在一定溫度下的 輻射出射度 MeB(T), 即 由圖可見 ， MeB(T)隨溫 度而迅速地增加 ， 經(jīng)實驗確 定 MeB(T)和絕對溫度 T的關(guān)系 為 其中 σ = 108Wm2K 4 . 斯蒂芬 —玻耳茲曼定律，只能適用于絕對黑 體， σ稱為斯蒂芬恒量。 快速思考 1: 每條曲線下 的面積等于 ? 0( ) ( , ) de B e BM T M T???? ?4()eBM T T??29 5. 維恩 (Wien )位移定律 式中 B= 103mK。 維恩位移定律：當絕對黑體的溫度增高時，單色輻出度的最大值向短波方向移動 。 由圖可見，在每一曲線上， MeB (λ,T)有一最大值 ，即最大的單色輻出度。相應(yīng)于這最大值的波長用 λm表示，絕對溫度 T愈高，λm值愈小，兩者的關(guān)系經(jīng)確定為 : 快速思考 2:在每一曲線上有一 最大值 ,最大值的溫度和波長之間有什么關(guān)系 ? mTB? ?30 光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)是光電導(dǎo)探測器光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ) 。 當半導(dǎo)體材料受到光照時，吸收光子使其中的載流子濃度的增大，材料的電導(dǎo)率增大，這種現(xiàn)象稱為 光電導(dǎo)效應(yīng) 。 光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) 外光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) 右圖為光電導(dǎo)效應(yīng)原理圖 什么是光電效應(yīng) ? 光電效應(yīng)分類 : 入射光的光子與物質(zhì)中的電子相 互作用并產(chǎn)生載流子的效應(yīng) 31 1） 結(jié)電場的形成 N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體接觸時 ，在這兩種材料的交界處就形成了 PN結(jié)。 空穴擴散后 ，在 P區(qū)留下不可移動的帶負電的離子。 電子擴散后 ，在 N區(qū)留下了不可移動的帶正電的 離子 。這些正負離子在結(jié)區(qū)附近形成由 N區(qū)指向 P區(qū) 的 內(nèi)建電場 。在內(nèi)建電場作用下載流子出現(xiàn)漂移運動，與擴散相反。最后擴散和漂移達到動態(tài)平衡。 當光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象 。 光伏效應(yīng)又叫光生伏特效應(yīng) N P 當光照 PN結(jié)時 ,半導(dǎo)體對光子的本征和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子 ,但由于 P和 N區(qū)的多數(shù)載流子都被勢壘阻擋而不能穿過 PN結(jié)。因此 ,僅少數(shù)載流子可引起光伏效應(yīng) . 什么是光伏效應(yīng) ? 32 在 N型基片的表面形成一層薄薄的 P型層