光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 04:15 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)的惰性引起光電流變化的延遲 當(dāng)輸入功率按照正弦規(guī)律變化時(shí) ,輸出光電流與光功率調(diào)制頻率變化關(guān)系是一低通特性。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 22 光電導(dǎo)增益 光電導(dǎo)增益是表征光電導(dǎo)器件特性的一個(gè)重要參數(shù)，表示長(zhǎng)度為 L的光電導(dǎo)體在兩端加上電壓 U后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場(chǎng)作用下形成的 外電流 與光生載流子在內(nèi)部形成的光電流 之比?？杀硎緸?: M=τ /τ dr τ 為器件的時(shí)間響應(yīng) τ dr為載流子在兩極間的渡越時(shí)間 光電導(dǎo)器件常做成梳狀電極，光敏面做成蛇形，即保證了較大的 受光表面 ，又可減小 電極間距離 ，從而減小載流子的有效極間渡越時(shí)間，也利于提高靈敏度 . 光電導(dǎo)器件的光電導(dǎo)增益與帶寬積為一常數(shù)，即 MΔf=常數(shù)。表明，光電導(dǎo)增益越大，光電靈敏度越高，而器件的帶寬越低。反之亦然。這一結(jié)論對(duì)光電效應(yīng)現(xiàn)象有普遍性。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 23 光電導(dǎo)的光譜分布 半導(dǎo)體的光電導(dǎo)與光照的波長(zhǎng)有密切關(guān)系。測(cè)量光電導(dǎo)的這種光譜分布是確定半導(dǎo)體材料光電導(dǎo)特性的一個(gè)重要方向，它是針對(duì)不同實(shí)際需要研制材料的一項(xiàng)重要依據(jù)。如 PbS， PbSe， PbTe可以有效地利用到 10μ m的紅外光波段，而 CdS可以有效地利用可見光到 X光的短波范圍。此外，也只有首先確定了光譜分布，才能利用光電導(dǎo)來(lái)比較不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)。 (1)本征光電導(dǎo)的光譜分布 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 24 一些典型的半導(dǎo)體本征光電導(dǎo)光譜分布曲線 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 25 由圖可以看出，在短波方向，當(dāng)波長(zhǎng)增加時(shí)，光電導(dǎo)隨之緩慢增加，經(jīng)過(guò)一個(gè)最大值后，又陡峭地下降。由于光電導(dǎo)不存在一個(gè)明顯的長(zhǎng)波限， 最大值一半時(shí)所處的波長(zhǎng)定為長(zhǎng)波限。在最大值的長(zhǎng)波方面，光電導(dǎo)的下降是較好理解的。因?yàn)樵陂L(zhǎng)波部分，光子能量低，不足以引起本征光吸收，所以光電導(dǎo)迅速下降。在短波方面，如果光滑曲線是等能量曲線，由照射的光子數(shù)目少，自然引起光電導(dǎo)下降；如果光譜曲線是等量子曲線，則光電導(dǎo)下降的物理機(jī)理比較復(fù)雜?？梢钥隙?，波長(zhǎng)短，樣品對(duì)光的吸收系數(shù)大，光生載流子就愈集中于光照表面。這時(shí)受表面影響大，諸如表面能級(jí)、表面復(fù)合與電極等可能降低量子產(chǎn)額，減少載流子遷移率與壽命，都將引起光電導(dǎo)下降。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 26 (2)、 雜質(zhì)光電導(dǎo)的光譜分布 半導(dǎo)體雜質(zhì)吸收光子將雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴激發(fā)成為自由的光生載流子，這就要求光子能量必須大于等于雜質(zhì)的電離能。由于雜質(zhì)的電離能小于禁帶寬度，因此雜質(zhì)光電導(dǎo)的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)比本征光電導(dǎo)的長(zhǎng)。同時(shí)由于雜質(zhì)原子數(shù)目少，所以雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)相對(duì)本征光電導(dǎo)來(lái)說(shuō)也微弱得多。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 27 摻有不同量砷施主雜質(zhì)的摻金鍺雜質(zhì)光電導(dǎo)光譜分布曲線 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 28 由圖可以看出，光電導(dǎo)在光子能量 ，表示本征光電導(dǎo)開始。在本征光電導(dǎo)長(zhǎng)波限左邊，光子能量小于鍺禁帶寬度（ ），這時(shí)光電導(dǎo)顯然是雜質(zhì)光電導(dǎo)光譜曲線繼續(xù)向左邊延伸時(shí)，可以看到，在某一波長(zhǎng)處曲線迅速下降，這就是雜質(zhì)光電導(dǎo)的長(zhǎng)波限。此處光子的能量等于雜質(zhì)的電離能。能量再低的光子就不可能激發(fā)雜質(zhì)上的電子或空穴。 圖中三條曲線各表示摻有不同量的砷施主雜質(zhì)。金元素在鍺中存在多重能級(jí)，在不加砷施主雜質(zhì)時(shí)，金是受主，鍺是 p型半導(dǎo)體（ p型 Ge： Au），從曲線中看到，長(zhǎng)波限在 。當(dāng)加入少量砷施主雜質(zhì)，此時(shí)鍺晶體仍是 p型（ p型 Ge： Au： As），長(zhǎng)波限相應(yīng)于 。當(dāng)加入足夠多的砷施主雜質(zhì)時(shí)，致使鍺晶體從 p型轉(zhuǎn)變?yōu)?n型（ n型 Ge： Au： As），從曲線中可看到長(zhǎng)波限相應(yīng)于 。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 29 光生伏特效應(yīng) 達(dá) 到內(nèi)部動(dòng)態(tài)平衡的半導(dǎo)體 PN結(jié)，在光照的作用下，在 PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為光生電動(dòng)勢(shì)。這就是光生伏特效應(yīng)。也稱光伏效應(yīng)。 物理本質(zhì)： PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)使得載流子（電子和空穴）的擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到了動(dòng)態(tài)的平衡，在光子能量大于禁帶寬度的光照作用下，激發(fā)出的電子空穴對(duì)打破原有平衡，靠近結(jié)區(qū)電子和空穴分別向 N區(qū)和 P區(qū)移動(dòng)，形成光電流，同時(shí)形成載流子的積累，內(nèi)建電場(chǎng)減小，相當(dāng)于在 PN加了一個(gè)正向電壓。即光生電動(dòng)勢(shì)。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 30 Ip P N _ _ _ _ VD V+ 光照 P N Ec Ev EF eVD 無(wú)光照 有光照 P N Ec Ev EF eVDeV 形成過(guò)程： 空穴 電子 光生（正向）電壓產(chǎn)生正向注入電流（由 P指 N）： I+=Is[exp(qV/kT)1] I+ 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 31 當(dāng) PN結(jié)外接回路時(shí)，總電流與光生電流和結(jié)電流之間關(guān)系： I=IpI+=IpIs[exp(qV/kT)1] 負(fù) 載接入外回路，電流為 I，則 PN結(jié)兩端電壓為：
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1