【文章內(nèi)容簡介】 結： 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的基礎知識 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導體對光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴散與漂移 1．吸收定律 Φ(x)=Φ0(1－ r)eαx α=4πμ/λ 半導體的基礎知識 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 本征吸收 半導體對光的吸收 非本征吸收 本征吸收： 光子能量足夠大，價帶中的電子能激發(fā)到導帶 gg EchEhv ???或? ?gg0 ?? EEhc ??－截止波長 產(chǎn)生 電子－空穴 對 條件： 特點： 本征吸收： 本征半導體 和 雜質半導體 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???? ?????? ?? 或光子能量不足以使價帶中的電子激發(fā)到導帶 ，包括雜質吸收、 自由載流子吸收 、 激子吸收 、 晶格吸收 雜質吸收： N型半導體 施主束縛電子 ?導帶 P型半導體 受主束縛空穴 ?價帶 本征吸收 電子 －空穴 對 雜質吸收 ? ?gg0 ?? EEhc ??本征吸收 雜質吸收 0? 波長增大 ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc?????????? ?? 或本征吸收與非本征吸收比較： 電子 或 空穴 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的基礎知識 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導體對光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴散與漂移 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 1． 非平衡載流子的注入和復合 2. 非平衡載流子的壽命 半導體的基礎知識 1．非平衡載流子的注入和復合 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合 產(chǎn)生： 復合： －－使非平衡載流子濃度增加的運動 －－使非平衡載流子濃度減小的運動 壽命？？？ 光生載流子的平均生存時間稱為光生載流子的壽命，用 τc表示。 以 N型為例， 少子的壽命？？？ 0c0d ( )d ( )t p ttpt????????? 以 N型為例，計算弱注入條件下 少子的壽命 復合率： R r n p?（熱）產(chǎn)生率： 0 0 0 0G R r n p??r為復合系數(shù) 熱平衡時 為什么？？？ 以 N型為例，計算弱注入條件下 少子的壽命 光生電子－空穴對的直接復合率可用材料中少子的變化率表示為 ? ? ? ?00 0 0 0d ( ) d ( )dd( ) ( )p t p tGRttr n p r n n t p p t?? ? ?? ? ? ? ? ? ?0d Δ ( )Δ ( )dptr n p tt??弱注入 Δn(t) =Δp(t) n0 以 N型為例，計算弱注入條件下 少子的壽命 0d Δ ( ) Δ ( )dpt r n p tt??0Δ () Δ (0 ) e r n tp t p ??0c0d ( )d ( )t p ttpt?????????c01 ( )/ r n? ?弱注入條件下，載流子壽命與熱平衡時多子電子的濃度成反比，并且在 一定溫度 下是一個常數(shù)。 表明： 2. 非平衡載流子的壽命 ① 表征復合的強弱 ② τ c決定線性光電導探測器的時間特性 ③ τ c的大小與材料的微觀復合結構、摻雜及缺陷 等因素有關。 τ c的物理意義： c01 ( )/ r n? ?τ c的適應條件： －－ 本征吸收和雜質吸收， 弱注入 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的基礎知識 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導體對光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴散與漂移 載流子的擴散與漂移 1．擴散 載流子因濃度不均勻而發(fā)生的定向運動稱為擴散。 擴散系數(shù) D和 擴散長度 L 半導體的基礎知識 ? ? ? ? ????????????pLxpxp e x p0cpp DL ??neDJ nnD ??ppDJ ppD ???2．漂移 載流子受電場作用所發(fā)生的運動稱為漂移。 電子遷移率 μ 電子電流： 空穴電流： EneJ nnE ??EpeJ ppE ??nn ne ?? ?pp pe ?? ?EJ E ??光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 第 01章 光輻射探測的理論基礎 輻射度量學基礎 半導體基礎 光電探測器概述 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電探測器概述 ???????????????????????????高萊氣動型熱探測器熱釋電探測器測輻射熱計熱電偶和熱電堆熱探測器光子牽引探測器光電子發(fā)射探測器光伏探測器光電導探測器光子探測器光電探測器光電效應 光熱效應 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電探測器概述 光輻射 非傳導電子 傳導電子 光輻射 電信號 (廣義 ) 光電探測器 : 光電探測器的 分類方法 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電探測器概述 半導體的光電效應 光探測器的噪聲 光探測器的性能參數(shù) 半導體的光電效應 光電效應： 光電導效應、光伏效應、光電子發(fā)射效應 、光子牽引效應和光磁電效應 利用光電效應制成的光電探測器稱為光子探測器 ，如光電導探測器、光伏探測器、光電子發(fā)射探測器等。 光電探測器概述 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的光電效應 當半導體材料受光照時，由于對光子的吸收引起載流子濃度的變化，因而導致材料電導率變化，這種現(xiàn)象稱為 光電導效應 。 非本征光電導效應 本征光電導效應 半導體的光電效應 (雜質光電導效應 ) －－雜質吸收 －－本征吸收 本征光電導 )( p0n0d ??? pne ??? ? ? ? ][ p0n0 ??? ppnne ??????? ?d n pe np? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?暗電導率： 亮電導率： 光電導率： 光電導率的相對值： p0n0pnd ??????pnpn??????00d)1(pbnnb??????? 本征光電導 光電導率的相對值： p0n0pnd ??????pnpn??????00d)1(pbnnb???????要制成（相對）光電導高的器件，應該使 n0和p0有較小數(shù)值。因此，光電導器件一般是由 高阻材料 制成或者在 低溫下 使用。 本征光電導 ? ?d n pe np? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?光電導率： 非本征光電導 光電導率： ? ? ? ?? ? ? ?n d np d peNePnp? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?型型光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的光電效應 N P PN結 光 一塊半導體， P區(qū)與 N區(qū)的交界面稱為 PN結。 PN結受到光照時，可在 PN結的兩端產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象則稱為 光伏效應 。 半導體的光電效應 1)PN結的形成 擴 散 形成：離子區(qū) 耗盡區(qū) 空間電荷區(qū) 阻擋層 內(nèi)建電場 (結電場 ) 濃度差異 E 1)PN結