電子信息物理學ppt課件(參考版)
2025-01-18 04:34本頁面
【正文】 單位時間產生的光子數?體內光吸收?菲涅耳（反射）損耗?臨界角（全反射）損耗 LED材料幾種材料 LED在 室溫下的光譜響應 LED的應用?固體顯示?光源：光纖通信、光纖傳感?交通燈：紅、黃、綠色?照明：紅、黃、藍形成白光，節(jié)能、大大提高壽命?光電耦合器：用在很多控制電路中光耦合電隔離器示意圖。都相對很小輻射效率：內 量子效率：單位時間產生的光子數 /單位時間注入的電子－空穴對的對數外量子效率：單位時間從晶體發(fā)出的光子數 /單位時間注入的電子－空穴對的對數單位時間從晶體發(fā)出的光子數單 X： 0x： AlxGa1－ xAs合金材材料216。0x： 帶隙材料高 106量級間接帶隙材料很難發(fā)射帶間輻射復合 材料直接帶隙半導體器件材料主要有：GaAs、 AlxGa1－ xAs、/總復合速率 R復合速率與壽命 τ 成反比非 輻射壽命 τ nr很大的材料，有高的發(fā)光效率帶間 電子與空穴的復合速率，與電子濃度 n和空穴濃度 p正比直接帶隙材料的 B值比間接 轟擊熒光粉，導致的發(fā)光?液晶顯示（非發(fā)光）：局部電場作用液晶局部分子取向變化光學性能變化 形成圖像光 照射液晶散射、反射、偏振變化 基本躍遷類型pn結正向偏置激發(fā)電子注入電子－空穴對復合?光輻射：發(fā)射光子，輻射復合?能量傳遞：激發(fā)，非輻射復合主要的復合形式?帶間復合過程?雜質或缺陷復合過程?俄歇（ Auger） 復合過程1. 帶間復合過程導帶底附近的導帶電子、價帶頂附近的價帶空穴復合光子輻射發(fā)射光譜有一定的譜寬帶間復合：?直接帶隙材料產生直接躍遷?間接帶隙材料產生間接躍遷2. 雜質、缺陷復合過程雜質缺陷產生的復合?導帶與受主之間的復合?施主與價帶之間的復合?施主與受主之間的復合?深陷阱產生的非輻射復合半導體中具有雜質或缺陷時的復合過程（ Auger） 復合過程（非輻射 ）電子與空穴復合能量轉移給同一能帶的高能態(tài)自由載流子（導帶電子或價帶空穴）高能態(tài)的自由載流子躍遷到導帶底或者價帶頂激發(fā)多個聲子使晶體發(fā)熱GaAs的發(fā)射光譜溫度上升?禁帶寬度下降?參與躍遷載流子的數量、能量增加?峰值光子能量下降?譜寬增加 發(fā)光效率量子效率 ηq人體熱、化學反應、生物（螢火蟲、某些魚）發(fā)光5. 電致發(fā)光?場致發(fā)光：薄膜發(fā)光材料、發(fā)光粉末（如熒光粉 ）轟擊發(fā)光物體發(fā)光4. 生化發(fā)光熱平衡狀態(tài)多余的能量釋放（光或熱的形式） 發(fā)光過程中的激發(fā)?激發(fā)：外界因素作用系統(tǒng)，是系統(tǒng)吸收能量，激發(fā)電子?固體受激發(fā)光：激發(fā)電子以光輻射形式釋放能量?主要的發(fā)光形式：光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、發(fā)射線發(fā)光、 擴散長度 L1異質結引入光晶體管光 照射在 基區(qū)產生光生載流子異質結高注入比更大的放大倍數和光增益，光增益可達 6000 固體的光發(fā)射固體中的電子（熱平衡狀態(tài)） 激發(fā)非 熱平衡狀態(tài)過渡到 集電結反偏晶體管放大作用光電流放大 倍：光 增益： ＝ 光子數 /電子數晶體管電流增益，輸出光電流 Iph,作為雪崩光電二極管的耗盡區(qū)約為 2500nm 光晶體管光 照射光晶體管，產生光生載流子發(fā)射結正偏 倍增電子進入 GaAs層，能量比導帶底高216。光電二極管 異質結雪崩光電二極管異質結雪崩光電二極管優(yōu)點（與 Si或 Ge－ APD比較）?波長可調諧?暗電流低?量子效率高?響應速度快工藝要求?降低隧道電流?減少異質結界面處電荷積累?制作保護環(huán)層材料 A： :厚度 55nm， 電子和空穴電離率比值材料 B： GaAs:光電二極管能 同時探測兩個波段異質結 較大的區(qū)域中傳播光 總是在窄帶材料中傳播異質結的光限制作用不同材料，相同材料不同組分構成異質結 PD:?缺點：晶格常數不匹配，暗電流較大?優(yōu)點：量子效率提高，響應速度上升、選擇響應窗口背面照射結構 通過倍增區(qū)的每個電子或空穴都倍增 M倍?相應的散粒噪聲也倍增 M倍雪崩倍增?每個載流子倍增 g倍，隨機雪崩過程導致電流平均增?每個載流子散粒噪聲對于的隨機量為 g2倍，均方電流引入過剩噪聲，過剩噪聲因子 F(M)過剩噪聲因子 F(M)雪崩倍增導致噪聲倍增比信號更強過剩噪聲指數 x用于長波光通信的 Ge－ APD的改經型結構 異質結的窗口效應、光限制作用、光電二極管光 照射異質結寬帶區(qū) Eg2低能光子光子不能產生電子－空穴對無 光電
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