第五章光電子器件物理基礎(編輯修改稿)
2025-01-16 07:10 本頁面
【文章內容簡介】 播方向完全一致； 3）發(fā)射的光是一種光譜很窄的相干光。吸收輻射： 1） 吸收輻射需要消耗外來的光能； 2）吸收光子，形成電子 光子對，完成光電轉換過程。發(fā)光二極管：自發(fā)輻射；激光器：受激輻射；光電二極管：吸收輻射23 粒子數(shù)反轉粒子數(shù)反轉 ： 為了獲得受激輻射光放大作用，必須使原子產生一個非平衡分布，使高能級的電子數(shù)遠遠多于低能級的電子數(shù)。（波耳茲曼統(tǒng)計分布）泵浦過程 ： 為了獲得粒子數(shù)反轉，必須使用外部能源將電子激發(fā)到高能級，從而獲得非平衡分布的過程。粒子數(shù)反轉的作用： 引起受激輻射，而受激輻射是激光器實現(xiàn)光放大工作的先決條件。24A、 B、 C三個系數(shù)的關系在光和原子相互作用達到熱平衡的絕對黑體空腔內的原子系統(tǒng)中，如果單色輻射能量密度為 ，則有如下關系216。 式子的左邊是與高能級上粒子數(shù)有關的輻射光子數(shù)，而右邊是與低能級上粒子數(shù)有關的吸收光子數(shù)，即發(fā)射與吸收光子數(shù)相等216。 達到熱平衡的絕對黑體空腔內任何位置的光強都相等，理想空腔內壁反射率為 1，黑體溫度為常數(shù) T自發(fā)輻射光子數(shù) 受激輻射光子數(shù) 受激吸收光子數(shù)25光譜密度 為黑體輻射光譜密度（普朗克公式）為在熱平衡中，兩密度相等，可得26 能帶理論電子在導帶中 費米分布空穴在價帶中 費米分布 f(E)稱為 費米分布函數(shù) ， EF 是費米能級 ， k 是波耳茲曼常數(shù) ， T 是熱力學溫度27受激輻射速率吸收輻射速率單位能量范圍內的單位體積 的 狀態(tài)數(shù)自發(fā)輻射速率粒子數(shù)反轉的條件：費米能級之間的間距大于帶隙熱平衡中，使用泵浦的方式實現(xiàn)費米能級分開，而泵浦常用的方法是偏壓 PN結29 摻雜作用參雜的作用：改變半導體的導電性能。沒有摻雜的純硅材料為本征材料30多余電子磷（ P)，銻（ sb )等五族元素原子的最外層有五個電子，它在硅中是處于替位式狀態(tài)，占據(jù)了一個原來應是硅原子所處的晶格位置。磷原子最外層五個電子中只有四個參加共價鍵，另一個不在價鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個帶正電的正離子，沒有產生相應的空穴。正離子處于晶格位置上，不能自由運動，它不是載流子。因此，摻入磷的半導體起導電作用的，主要是磷所提供的自由電子31結論 : 磷雜質在硅、鍺中電離時，能夠釋放電子而產生導電電子并形成正電中心。這種雜質稱 施主雜質 。摻施主雜質后，導帶中的導電電子增多，增強了半導體的導電能力。32P型半導體 硼（ B）鋁（ AL）鎵（ GA）等三族元素原子的最外層有三個電子，它在硅中也是處于替位式狀態(tài)，如圖所示。硼原子最外層只有三個電子參加共價鍵，在另一個價鍵上因缺少一個電子而形成一個空位鄰近價鍵上的價電子跑來填補這個空位，就在這個鄰近價鍵上形成了一個新的空位，這就是 “空穴 ”。硼原子在接受了鄰近價鍵的價電子而成為一個帶負電的負離子，它不能移動，不是載流子。因此在產生空穴的同時沒有產生相應的自由電子。這種依靠空穴導電的半導體稱為空穴型半導體，簡稱 P型半導體。圖表示 P型半導體材料的能帶圖，為半導體材料提供一個空穴的 Ⅲ 族雜質原子，通常稱之為受主雜質?？真I接受電子空穴33小結：純凈半導體中摻入受主雜質后，受主雜質電離，使價帶中的導電空穴增多，增強了半導體的導電能力。主要依靠價帶空穴導電的半導體稱 p型半導體 。34 PN結 要形成一
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