光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件-展示頁
2025-05-15 04:15本頁面
【正文】 學(xué)與技術(shù)系 13 光對(duì)電子的直接作用是物質(zhì)產(chǎn)生光電效應(yīng)的起因 ? 光電效應(yīng)的起因： 在光的作用下 ， 當(dāng)光敏物質(zhì)中的電子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束縛時(shí) ，電子就會(huì)從基態(tài)被激發(fā)到高能態(tài) ， 脫離原子核的束縛 ， 在外電場(chǎng)作用下參與導(dǎo)電 ， 因而產(chǎn)生了光電效應(yīng) 。 ? 在理解上述定義時(shí)，必須掌握以下三個(gè)要點(diǎn) ： ? 原因：是輻射，而不是升溫； ? 現(xiàn)象：電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化； ? 結(jié)果：電導(dǎo) 率變化 、光生伏特、光電子發(fā)射。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 11 光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光熱效應(yīng) ? 光電效應(yīng)：物質(zhì)受光照射后，材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化（發(fā)射電子、電導(dǎo)率的改變、產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)）現(xiàn)象。 載流子濃度很大時(shí)，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴產(chǎn)生帶內(nèi)能級(jí)間躍遷而出現(xiàn)的非選擇性吸收 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 10 激子和晶格吸收 ? 指所吸收輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裨拥恼駝?dòng)能量，或由庫(kù)侖力相互作用形成電子和空穴的能量。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 7 載流子的輸運(yùn)過程 ? 擴(kuò)散 ? 漂移 ? 復(fù)合 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 8 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收 ? 物體受光照射，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收，其余的光透過物體。 ? 光注入產(chǎn)生非平衡載流子，導(dǎo)致半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加。 ? 當(dāng)光子的能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí) ， 光子就能把價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去 ， 產(chǎn)生電子－空穴對(duì) ， 使導(dǎo)帶比平衡時(shí)多出一部分電子 ， 價(jià)帶比平衡時(shí)多出一部分空穴 。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為 非平衡載流子 。如果對(duì)半導(dǎo)體施加外界作用，破壞了熱平衡的條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為 平衡載流子 濃度。 ? 受主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶負(fù)電的受主離子，同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，使半導(dǎo)體成為空穴導(dǎo)電的 p型半導(dǎo)體。 ? 摻入的雜質(zhì)可以分為 施主雜質(zhì) 和 受主雜質(zhì) 。 ? 在絕對(duì)零度時(shí)，價(jià)帶中的全部量子態(tài)都被電子占據(jù)，而導(dǎo)帶中的量子態(tài)全部空著。摻入硅原子數(shù)百萬分之一的雜質(zhì)時(shí)，電導(dǎo)率為 2 /(歐姆 ?厘米 )) ? 半導(dǎo)體導(dǎo)電能力及性質(zhì)受光、電、磁等作用的影響。 ? 導(dǎo)電性受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。 ? 電阻率 106 ~103歐姆 ?厘米范圍內(nèi) —— 導(dǎo)體 ? 電阻率 1012歐姆 ?厘米以上 —— 絕緣體 ? 電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間 —— 半導(dǎo)體 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 3 半導(dǎo)體的特性 ? 半導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的，而且對(duì)溫度變化非常敏感。2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 1 第二章 光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 2 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 ? 自然存在的各種物質(zhì)，分為氣體、液體、固體。 ? 固體按導(dǎo)電能力可分為：導(dǎo)體、絕緣體和介于兩者之間的半導(dǎo)體。根據(jù)這一特性，可以制作熱電探測(cè)器件。 （純凈 Si在室溫下電導(dǎo)率為 5*106/(歐姆 ?厘米 )。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 4 本征和雜質(zhì) 半導(dǎo)體 ? 本征半導(dǎo)體 就是沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體 。 ? 在純凈的半導(dǎo)體中摻入一定的雜質(zhì)，可以顯著地控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)。 ? 施主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶正電的施主離子，同時(shí)向?qū)峁╇娮?，使半?dǎo)體成為電子導(dǎo)電的 n型半導(dǎo)體。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 5 平衡和非平衡載流子 ? 處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度一定。 ? 半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)是相對(duì)的，有條件的。 ? 處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是平衡載流子濃度，比它們多出一部分。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 6 非平衡載流子的產(chǎn)生 ? 光注入 ：用光照使得半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生非平衡載流子 。 ? 產(chǎn)生的非平衡電子濃度等于價(jià)帶非平衡空穴濃度 。 ? 其它方法 ：電注入 、 高能粒子輻照等 。 ? 吸收包括：本征吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收、晶體吸收 ? 本征吸收 —— 由于光子作用使電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶 ? 只有在入射光子能量大于材料的禁帶寬度時(shí)，才能發(fā)生本征激發(fā) 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 9 雜質(zhì)吸收和自由載流子吸收 ? 引起雜質(zhì)吸收的光子的最小能量應(yīng)等于雜質(zhì)的電離能 ? 由于雜質(zhì)電離能比禁帶寬度小， 雜質(zhì)吸收的光譜區(qū)位于本征吸收的長(zhǎng)波方向 . ? 自由載流子吸收是由同一能帶內(nèi)不同能級(jí)之間的躍遷引起的。 這種吸收對(duì)光電導(dǎo)沒有貢獻(xiàn)，甚至?xí)档凸怆娹D(zhuǎn)換效率。 包括： 外光電效應(yīng)： 產(chǎn)生電子發(fā)射 內(nèi)光電效應(yīng)： 內(nèi)部電子能量狀態(tài)發(fā)生變化 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 12 光電效應(yīng)解釋 ? 物質(zhì)在光的作用下，不經(jīng)升溫而直接引起物質(zhì) 中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，因而產(chǎn)生物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射等現(xiàn)象。 ? 簡(jiǎn)單記為：輻射 → 電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化 → 光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光電子發(fā)射。 ? 這里需要說明的是 ，
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