光度学与辐射度学丶半导体丶效应.pptVIP

* * LED发光机理及发光光谱 在电场的作用下，半导体材料发光是基于电子能级跃迁的原理： 当给发光二极管的P－N结加正向电压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强。 由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由N区扩散到P区是载流子扩散运动的主体。 当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级； 电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。 * * 电子和空穴复合时放出能量的大小，即光子的能量，取决于半导体材料的禁带宽度Eg(Eg=E1-E0)，放出的能量越大，发出的光辐射波长就越短，即 例如：GaAs材料的禁带宽度Eg=1.43eV, 则光辐射波长为： 普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为0.67eV和1.12eV，显然不能使用。 * * 半导体内还因为存在微量杂质而发生导带杂质能级、杂质能级与价带，以及杂质能级之间的跃迁，这些跃迁的距离小于导带到价带的禁带宽度，并在禁带宽度附近的能级区域。这样造成了发光二极管发射出来的谱线具有一定的宽度。由此可见，发光二极管发出的波长和谱带宽度主要取决于发光二极管的半导体材料及其掺杂材料。 * * V? PN结的接触电位 内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V? 接触电位V?决定于材料及掺杂浓度 硅： V?=0.7 锗： V?=0.2 * * 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散 电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 PN结的单向导电性 * * 小 结 1、 半导体中有两种载流子：电子和空穴。载流子有两种运动方式：扩散运动和漂移运动。 本征激发使半导体中产生电子-空穴对，但它们的数目很少，并与温度有密切关系。 2、在本征半导体中掺入不同的杂质,可分别形成P型和N型半导体,它们是各种半导体器件的基本材料。? 3、PN结是各种半导体器件的基本结构形式，如二极管由一个PN结加引线组成。因此，掌握PN结的特性对于了解和使用各种半导体器件有着十分重要的意义。 PN结的重要特性是单向导电性。 * * 发生本征吸收的条件是光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg，才能使价带EV上的电子吸收足够的能量跃入到导带底能级EC之上，即 发生本征吸收的光波长波限 只有波长短于的入射辐射才能使器件产生本征吸收，改变本征半导体的导电特性。 导 带 价 带 Eg * * 因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。 当光辐射入射到光电材料上时，光电材料发射电子或者其电导率发生变化，或者产生感生电动势，这种现象统称为光电效应。光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。根据是否发射电子，光电效应分为内光电效应和外光电效应。 半导体的光电效应 * * 光电效应 内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。包括光电导效应、光生伏特（光伏）效应、光子牵引效应和光磁电效应等。 而被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象称为外光电效应。 * * 外光电效应 原理：光 → 物体表面 → 光电子发射 爱因斯坦光电效应方程 不同物质具有不同的逸出功，即每一物体都有一个对应的 光频阀值，称为红限频率或波长限。 器件：光电管与光电倍增管 * * 内光电效应 光电导效应： 器件：光敏电阻 当光照射到物体上，使物体的电阻率发生变化或者产生光生电动势的现象。 光生伏特效应: 器件：光电池 、光敏二极管、光敏三极管 * * 光热效应 材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化． 热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起介质表面电荷变化的现象． 辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象． 温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流． （热敏电阻，热电偶和热释电探测器） * * 光电发射效应 在光辐射作用下，处于真空或其它介质中的物质吸收光子能量后，在向表面运动的电子中有一部分电子能量较大，除在途中由于与晶格或其它电子碰撞而损失部分能量外，尚有足够的能量足以克服物质表面的逸出功，穿出表面进入真空或其它介质中。这种现象称为光电子发射效应或外光电效应。具有光电效应的材料（例如金属、半导体等）称为光电子发射体。在利用外光电效应制成的光电子器件中，光电子发射体又叫做光电阴极。 外光电效应中光电能量转换的基本关系为 表明，具有能量的光子被电子