第一章 光电信息技术物理基础§1.1理论基础PPT.pptVIP

由浓度差产生的运动__扩散运动 自建电场作用下的少子运动__漂移运动 自建电场方向: N—P 当光照到PN结时，能量大于禁带宽度的光子，激发电子空穴对，分别被自建电场扫向n区与p区（形成光致电流， N—P ），在pn结上形成电势差(产生光生电场，与自建电场相反, P — N ），产生正向电流,P — N。 当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候，便达到稳定情况，这时的电势差称为开路电压。 如果pn结两端用外电路连接起来，则有一股电流通过，在外电路负载电阻很低的情况，这股电流就等于光致电流，称为短路电流。 1.光电探测器的理论基础 2.光 学 基 础 3. 电 路 基 础 第一章 光电信息技术物理基础 能带:是描写固体中原子外层电子运动的一种图象。 （1）按照原子理论，原子中的电子只占据某些能级 （2）结晶格中，电子能在某些整个能带内运动，每一能带与能级相关联。 （3）泡利不相容原理限制了占某个能级的电子数，同样也限制一个结晶格的能带内所能容纳的电子数。 原子能级和结晶格能带之比较 §1.1.1 能带理论 （4）导体内的能带 以金属钠(Z=11)为例（如图） 1 s 2 s 2 p 3 s 钠 (1 s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ) 晶体能带 满 带 半满带 空 带 3 p 与1s 、2s 和 2p 原子能级对应的能带:完全填满。 但 3s 能带:仅有一半被填充。在外界电场的作用下，获得额外的少许能量就可到能带内附近许多空的状态去,形成电流。 结论：良导体(也称金属)是那些最高能带未被完全填满的固体。 例外: 有一些物质，最上面的满带和一个空带重叠，也可成为导体；人们常称这些物质为半金属(如镁Z=12）。 1 s 2 s 2 p 3 s 价 带 ( 满 ) 导 带 ( 空 ) 3 p 绝缘体能带 能 隙 较 大 （5）绝缘体能带 物质中的最高能带即价带是满的，而且与下一个全空的能带并且有较大能隙。 一个外加的电场无法使价带中的电子加速，因而不能产生净电流。所以这种物质称为绝缘体。 (6）半导体内的能带 以硅和锗为例，价带与导带之间的能隙比其它要小得多( 在硅中为 1.1 eV，在锗中为 0.7 eV )，于是要将价带中最上面的电子激发到导带内就容易得多了。 半导体内的能带示意图 共价键 载流子 每掺入一个杂质原子，就有一个额外电子。这些额外的电子占有恰在导带下方的某些分立的能级 。 这额外的电子容易被杂质原子释放出来并被激发至导带，对半导体的电导率有贡献。这种杂质原子，叫做施主；这种半导体叫做 n 型半导体。 n型半导体杂质（施主） （c) p 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。在这种情况下，杂质引进空的分立能级 ，这些能级的位置很靠近价带顶。 因此，容易把价带中一些具有较高能量的电子激发到杂质能级上。这个过程在价带中产生空穴。这种杂质原子叫做受主，这种半导体叫做 p 型半导体。 价带(满) 导带(空) 能隙较小 杂质能级 + + + + p 型半导体中的杂质（受主）  为了使半导体的电导率产生大的变化，对于每一百万个半导体原子，大约有一个杂质原子就足够了。半导体在工业上广泛地用于制作整流器、调制器、探测器、光电管、晶体管和大规模集成电路等等。 半导体的导电能力受光照、温度和掺杂的影响而发生显著的变化。 物体受到光照后向外发射电子的现象。这种多发生于金属和金属氧化物。利用该效应的器件：光电管、光电倍增管等。 几个主要基本定律和性质：1、光电发射第一定律 在入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流 IK 与被阴极所吸收的光通量ΦK 成正比。即 IK = SK ΦK 式中SK 为表征光电发射灵敏度的系数。 这个关系式是光电探测器进行光度测量、光电转换的依据。 §1.2 光电发射效应 2、光电发射第二定律 发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。光电子发射的能量关系符合爱因斯坦方程： 式中 h 为普朗克恒量；v 为入射光频率；me 为光电子的质量；vmax 为出射光电子的最大速率；φO 为光电阴极的逸出功。 3、光电发射第三定律 当光照射某一给