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§4 半导体光电子器件 semiconductor photoelectronic device 第四章 半导体光电子器件 陈政平 czp126@ 1 主要内容 半导体光电子技术理论基础 光的波粒二象性 内光电效应 外光电效应 常用半导体光电子器件 光电池 光敏电阻 发光二极管 光电耦合器 半导体光电子器件的工作失效率预计模型 2 半导体光电子技术理论基础 光波和光子 光具有波动和粒子二重性 （波粒二重性）。为了描述光的性质, 可以把光看成一束在介质 （真空、空气、光纤、半导体等 ）中传播 的光波。其波长如右图。 ⑴光波的波段（频段） ● ＜390nm 紫外光 ● 760nm~390nm 可见光 ● 760nm~2 μm 近红外光 ● 2 μm ~1mm 远红外光 3 4.0 半导体光电子技术理论基础 光的波动性--光波 ⑵描述光的波动特性参数： ●光波在介质中的波长λ ●光波在介质中的频率ν ●光波在介质中的传播速度c ●介质的折射率n (3)光波的ν与λ、c的关系: c λν （4-1） 在介质中光波的频率ν不改变, 由于介质对光波的折射作用，光波在 介质中的传播速度c相对真空变慢，c = c0 /n 。 c =λ 0 （4-2 ） nν 8 其中c0为光波在真空中的传播速度(c0 =3 ×10 m/s ), n为介质的折射率 。 4 4.0 半导体光电子技术理论基础 光的粒子性--光子 量子理论认为：光是由能量被量子化了的光子组成的。 ⑴描述光的粒子特性参数： ●光子的能量E E h ν （4-3） 其中h为普朗克常数, h =6.6260693 ×10 －34 J· s, ν为光波的频率。 ⑵光子的能量 E与光波的λ和介质的折射率n的关系： 根据（4-1），将ν= c / λ代入（4-3）式, 则 hc hc 1.24 E 0 （4-4） λ λn λn 将h、c0 、n代入（4-4）,并将单位进行转换, 能量为eV ,(1eV=1.6 ×10 －19J ),波长为μm。 例如：光通信系统常用的激光波长为1.55μm和1.3μm,其光子的能量 分别为0.8eV和0.95eV。 5