第一章光电检测技术基础1.ppt

* 光电发射效应 光电发射材料选择原则 好发光材料的应该是： （1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发。 （2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动过程中损失的能量少。 （3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地逸出。 （4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。 §1-4?光电效应 §1-1? 光谱与光子能量 §1-2? 光度学(Photometry) 与辐射度学(Radiometry) §1-3?半导体基础知识 §1-4?光电效应 第一章 光电检测技术基础 §1-1? 光谱与光子能量 ???一、 光的主要性质 ??二、 电磁波谱与光谱 ??三、 光电检测的理论依据 * §1-2? 光度学(Photometry) 与辐射度学(Radiometry) 常用辐射量和光度量一览表 常用光谱辐射量一览表 辐通量的光谱分布 接收器的光谱响应 V(λ)视见函数 §1-3?半导体基础知识 能带理论 热平衡态下的载流子 非平衡态下的载流子 载流子的运动 半导体对光的吸收 1．原子能级 2．晶体能带 晶 体 本征半导体 杂质半导体 P型半导体 N型半导体 * 光电效应的定义与分类 光电效应的分类 内光电效应 ??? 光电导效应：电导率发生变化 ????? 光伏效应：产生光电势 外光电效应 光电发射效应：当光照射到物体上使物体向真 空中发射电子 §1-4?光电效应 * 第一章 作业 1-1．电磁波谱的主要组成是什么？他与光谱之间的关 系怎样？ 1-2．一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照 时电阻为5000Ω，求该样品的光电导。 1-3．用PN结简图表示出光生电压的极性和光生电流的 方向。 1-4．为什么光电阴极都是用P型半导体材料制作的？ 1-5. 综述光电效应。 * * 光注入过程的机制 1、在光照过程中，产生与复合同时存在。 2、在恒定持续光照下产生率保持在高水平，同时复合率也随非平衡载流子的增加而增加，直至二者相等，系统达到新的平衡。 3、当光照停止，光致产生率为零，系统稳定态遭到破坏，复合率大于产生率，使非平衡载流子浓度逐渐减少，复合率随之下降，直至复合率等于热致的产生率时，非平衡载流子浓度将为零，系统恢复热平衡状态。 §1-3?半导体基础知识 能带理论 热平衡态下的载流子 非平衡态下的载流子 载流子的运动 半导体对光的吸收 * §1-3?半导体基础知识 载流子的运动 载流子运动的概念 1、电子在晶体中的运动与气体分子的热运动类似。 2、当没有外加电场时，电子作无规则运动，其平均定向速度为零。 3、一定温度下半导体中电子和空穴的热运动是不能引起载流子净位移，从而也就没有电流。 4、漂移和扩散可使载流子产生净位移，从而形成电流。 * §1-3?半导体基础知识 载流子的运动 载流子漂移 1、载流子在外电场作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。 2、在强电场作用下，由于饱和或雪崩击穿,半导体会偏离欧姆定律。 3、在弱电场作用下，半导体中载流子漂移运动服从欧姆定律。 4、讨论漂移运动的重要参量： ? 迁移率μ（电子迁移率μn，空穴迁移率μp），μ的大小主要决定于晶格振动及杂质对载流子的散射作用。??? * §1-3?半导体基础知识 载流子的运动 载流子扩散 1、载流子因浓度不均匀而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。 2、光注入时，光在受照表面很薄一层内即被吸收掉。 3、受光部分将产生非平衡载流子，其浓度随离开表面距离x的增大而减小，因此非平衡载流子就要沿x方向从表面向体内扩散，使自己在晶格中重新达到均匀分布。 * §1-3?半导体基础知识 载流子的运动 载流子漂移与扩散的并存 1、在半导体既受光照，又外加电场时，扩散与漂移同时存在。 2、扩散系数D（D表示扩散的难易）与迁移率μ（μ表示迁移的快慢）之间有爱因斯坦关系式： D=(kT/q)μ kT/q室温下为0.026V，D与μ成正比。 ?3、电子与空穴沿x轴扩散，但Dn≠Dp，故它们引起的扩散流不能抵消。在电场中多子、少子均作漂移运动，因多子数目远比少子多，所以漂移流主要是多子的贡献。 4、在扩散时，如光照产生非平衡载流子，此时非平衡少子的浓度梯度最大，所以对扩散流的贡献主要是少子。 §1-3?半导体基础知识 能带理论 热平衡态下的载流子 非平衡态下的载流子 载流子的运动 半导体对光的吸收 * 半导体对光的吸收 半导体光电器件的工作基础 1、半导体材料吸