光電檢測技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件-文庫吧資料
2025-05-12 04:15本頁面
【正文】 圖中三條曲線各表示摻有不同量的砷施主雜質(zhì)。此處光子的能量等于雜質(zhì)的電離能。 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。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)波長比本征光電導(dǎo)的長。這時受表面影響大，諸如表面能級、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。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。在最大值的長波方面，光電導(dǎo)的下降是較好理解的。 (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)波長增加時，光電導(dǎo)隨之緩慢增加，經(jīng)過一個最大值后，又陡峭地下降。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。 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)與光照的波長有密切關(guān)系。反之亦然?？杀硎緸?: M=τ /τ dr τ 為器件的時間響應(yīng) τ dr為載流子在兩極間的渡越時間 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)。 E t O i(%) t O 100 63 37 τr τf 矩形光脈沖 光電導(dǎo)對光強(qiáng)變化反應(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 ,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。同樣光電流的消失也是逐漸的。 如果在光電導(dǎo)體中自由電子與空穴均參與導(dǎo)電，那么，光電增益的表達(dá)式為 G = β(τnμn +τpμp )U/l2 式中 τn和 τp分別為自由電子和空穴的壽命； μn和 μp分別為自由電子和空穴的遷移率。光電導(dǎo)體的靈敏度（光電流或光電增益）就越高。根據(jù)恒照即定態(tài)條件下電子與空穴的產(chǎn)生率與復(fù)合率相等可推導(dǎo)出： G = βτ/ tL ： （ 1） 式中 β為量子產(chǎn)額，即吸收一個光子所產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)； τ為光生載流子壽命； tL為載流子在光電導(dǎo)兩極間的渡越時間，一般有 tL = l /μE = l2 /μU （ 2） 將式（ 1）代入式（ 2）可得 G = βτμU/l2 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 20 式中 l為光電導(dǎo)體兩極間距； μ為遷移率； E為兩極間的電場強(qiáng)度； U為外加電源電壓。光電導(dǎo)體的靈敏度表示在一定光強(qiáng)下光電導(dǎo)的強(qiáng)弱。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 19 一、光電導(dǎo)體的靈敏度 靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。 入射光的光子能量等于或大于與該激發(fā)過程相應(yīng)的能隙 Δ E (禁帶寬度或雜質(zhì)能級到某一能帶限的距離 )，也就是光電導(dǎo)有一個最大的響應(yīng)波長，稱為光電導(dǎo)的長波限 λ C ， 若λ C 以 μ m 計， Δ E 以 eV 計，則 λ C與 Δ E的關(guān)系為 λC = / ΔE 就光電器件而言，最重要的參數(shù)是靈敏度，弛豫時間和光譜分布。半導(dǎo)體和絕緣體都有這種效應(yīng)。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 18 光電導(dǎo)效應(yīng)指固體受光照而改變其電導(dǎo)率。 特點(diǎn)：容易受熱激發(fā)產(chǎn)生的噪聲的影響，常工作在低溫狀態(tài)。 雜質(zhì)半導(dǎo)體禁帶寬度比本征小很多，因此更容易電離，響應(yīng)波長比本征材料要長得多。即： hvEg 即存在截止波長： λ0=hc/Eg=。 即：光子能量 hv大于材料禁帶寬度 Eg的入射光，才能激發(fā)出電子空穴對，使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。 包括： 本征和非本征兩種，對應(yīng)本征和雜質(zhì)半導(dǎo)體材料。 物理本質(zhì)： 光照到半導(dǎo)體材料時，晶格原子或雜質(zhì)原子的束縛態(tài)電子吸收光子能量并被激發(fā)為傳導(dǎo)態(tài)自由電子，引起材料載流子濃度增加，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 14 光電導(dǎo)效應(yīng) ? 光電導(dǎo)效應(yīng)：光照射的物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生改變，光照變化引起材料電導(dǎo)率變化。 2022/6/3 光信息科
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