【正文】 分辨信號，此時該入射的輻射功率為該探測器所能探測到的最小功率，因此，又稱為 噪聲等效功率 ?NEP(Noise Equalance Power)。 unns RuuuPP ??m i n 最小可探測輻射功率 Pmin： 當輸出信號電壓等于輸出噪聲電壓均方根值時的探測器的入射輻射功率 P——入射輻射功率； un——噪聲電壓均方根； us——輸出信號電壓。當然 Pmin越小，器件的探測能力越強， Pmin越小越好，但這不符合人們的習慣表示方法，因此引入探測率 。 2/1m i n39。 ?研究指出，探測率與器件的面積和工作帶寬成反比。 ?D?Df??為了描述單色情況，還引入光譜探測率 * ( , , )D f f? ? ?它表示器件對波長為 的輻射的探測率 . ?目前基本上用 取代了 D，若無特殊說明，本書所稱的探測率均指 而言。對半導體而言，材料吸收光的原因，在于光與處在各種狀態(tài)的電子、晶格原子和雜質(zhì)原子的相互作用。 設初始入射光強度為 I0 如果樣品厚度為 d，則樣品吸收的光強度 ΔI為： 0 ( 1 )dI I e ??? ? ?xeII ??? 0? 當厚度 d=1/α時，光強 I= I0/e, 約為入射光強的36%，此時的厚度稱為吸收厚度，有 64%的光在1/α厚度內(nèi)被吸收，即在吸收厚度內(nèi)吸收了大部分的光，如圖 15。 可見吸收系數(shù)大，光吸收主要發(fā)生在材料的表層。 ?1??d0 (1 )dI I e ??? ? ?如果樣品厚度為 d，則樣品吸收的光強度 ΔI為： ? 吸收系數(shù)是光波長 λ或光子能量的函數(shù) α(λ)，且各材料的吸收系數(shù)不同，吸收系數(shù)與材料的禁帶寬度以及摻雜濃度等有關。 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 61 . 01 011 021 031 04G a A s)( eVh ?)( eVh ?G e S i1 061 051 041 031 021 011 001 0 10 . 6 0 . 8 1 2 3 4 5)(1?cm?)(1?cm?? 半導體的光吸收有本征吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收、晶格振動吸收等多種吸收機制。 ? 價帶中的電子吸收了能量足夠大的光子后，受到激發(fā)，越過禁帶，躍入導帶，并在價帶中留下一個空穴，形成了電子空穴對，這種躍遷過程所形成的光吸收過程稱為本征吸收。 )()( meVE gth?? ?所以要產(chǎn)生本征光吸收，光波長 λ必需小于長波限。 可得雜質(zhì)光吸收的長波閾值為： m)()( ?? eVEEhciith ??光電導探測器 光電導探測器原理 ?內(nèi)光電效應 : 材料在吸收光子能量后，出現(xiàn)光生電子空 穴，由此引起電導率變化或電流電壓現(xiàn)象，稱之為內(nèi)光電效應，是相對于外光電效應 而言的。 ? 材料對光吸收有本征型和非本征型，所以 光電導效應 也有 本征型 和 非本征型 。 ? 若光子能量激發(fā)雜質(zhì)半導體的施主或受主，使它們電離，產(chǎn)生自由電子或空穴，從而增加材料電導率，這種現(xiàn)象就是 非本征光電導效應 。 光電導效應 ?1．歐姆定律 RUl SRUI ?SlR ????1?SIJ ?UEl?UJEl SS????? 電導率 σ: 歐姆定律的微分形式 電流 : 電流密度 J: ?2．漂移速度和遷移率 ?電子在電場作用下，沿著電場的反方向作定向運動稱為漂移運動，定向運動的速度稱為漂移速度 。S ? J=neVd ? 當導體內(nèi)部電場恒定時，電子應具有一個恒定不變的平均漂移速度，電場強度增大時，平均漂移速度也增大；反之亦然，所以平均漂移速度的大小與電場強度成正比。s， μ值與材料特性有關， S U e l V d 1 ?電導率和遷移率間的關系 J n e E E?????? ne?3．半導體的電導率 E 0 E c E F E v E 電子漂移方向 電子電流 空穴電流 空穴漂移方向 Jn, JP分別表示電子和空穴電流密度， n, p表示電子、空穴的濃度， Epenejjj Pnpn )( ?? ????Pn pene ??? ??4． 光電導效應 ? 本征半導體在沒有光照時，電子空穴濃度記為 n0, p0，此時電導率為 ,為暗電導 Pn epen ??? 000 ??0?在光注入時，半導體電導率： Pn ppenne ??? )()( 00 ??????電導率增量： 0 ()nPe n p? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 金屬電極 E F 光電導電流 ? 設光電導體兩邊的電極對光電導體中載流子的運動不產(chǎn)生影響，即只有光電導體的載流子移到電極上，而電極上的電子不能注入到光電導體中。而且略去了載流子的濃度擴散梯度和表面復合。 nd n ngdt ?????Pd p pgdt ?????n? P?? 當產(chǎn)生率和復合率達到平衡狀態(tài)時，即穩(wěn)定狀態(tài)光生電子和空穴濃度分別為： ngn ??? pgp ???定態(tài)光電導率 ??pene Pn ????? ??? 定態(tài)光電導率 與載流子的 遷移率 、 壽命 、光電導體的 線性吸收系數(shù) 、 量子效率 有關。設電場強度為 E，局部電流密度： ? ? 由于穩(wěn)定時， , ? ? 實際上，光入射到材料過程中，沿著入射深度方向，光子數(shù)逐漸減少，設入射的光子數(shù)為 N0，到達深度x處的光子數(shù)為 N(x)， ? ()n P n PJ J J n e p e E??? ? ? ? ? ? ? ? ?ngn ????Pgp ????()n n P PJ e g E? ? ? ?? ? ?xeNxN ???0)( E 電子漂移方向 電子電流 空穴電流 空穴漂移方向 ? 隨著 x深度方向，光生載流子產(chǎn)生率隨入射深度位置 x而變化。 ? 載流子通過兩個電極距離 l所需時間稱為渡越時間 tr，電子渡越時間為 trn，空穴渡越時間為 trp， Eltnrn ??Eltprp ??pnr n r pG tt ????即增益等于載流子壽命與渡越時間之比值，顯然，壽命增加有利于提高增益，但會增加惰性，二者應折衷考慮。 ? 樣品在光照下產(chǎn)生的光電子，電子在外電場下向陽極漂移，如果電子的壽命 ，大于電子的渡越時間 ，則在電子從陽極出走之后，為了保持樣品的電中性，必然要從電源的負極吸收一個電子加以補充。 Pnb ??? pn ??? ( 1 )Pe b n??? ? ? ?設入射的光功率為 P， 樣品上的光輻照度為 Ex， wlEpeneRxpn ????? ??? 入射的輻射功率光電導率0( 1 )pxe b NE w l d? ? ??? 光電導惰性和響應時間 ? 以上分析了 定態(tài) 光電導的工作情況，對于 非定態(tài) 情況，例如當光照開始及撤去的瞬間有 ，將是時間的函數(shù)，必須解方程才能 求得。 0dndt? ?1 弱光情況 :即指光生載流子濃度遠小于平衡載流子濃度 (小注入 )即 Δn n0， Δpp0: 光照開始時 : 光照撤去后 為馳豫時間，表征了光電導的特性，越長，馳豫時間越大，這種現(xiàn)象就是光電導的惰性， nngdtnd?????)]ex p (1[)]ex p (1[ 0nnntntgn??? ????????)]e x p (1[0nt??? ?????)e x p (0ntnn???