光电导效应课件.pptVIP

*光电导效应光電導效應指固體受光照而改變其電導率。此效應是最早發現的光電現象。半導體和絕緣體都有這種效應。

電導率正比於載流子濃度及其遷移率的乘積。

入射光的光子能量等於或大於與該激發過程相應的能隙ΔE(禁帶寬度或雜質能級到某一能帶限的距離)，也就是光電導有一個最大的回應波長，稱為光電導的長波限λC，若λC以μm計，ΔE以eV計，則λC與ΔE的關係為λC=1.24/ΔE

就光電器件而言，最重要的參數是靈敏度，弛豫時間和光譜分佈。下麵討論一下光電導體的這三個參數。上一節一、光電導體的靈敏度

靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。由於各種器件使用的範圍及條件不一致，因此靈敏度有各種不同的表示法。光電導體的靈敏度表示在一定光強下光電導的強弱。它可以用光電增益G來表示。根據恒照即定態條件下電子與空穴的產生率與複合率相等可推導出：G=βτ/tL：（1）

式中β為量子產額，即吸收一個光子所產生的電子空穴對數；τ為光生載流子壽命；tL為載流子在光電導兩極間的渡越時間，一般有tL=l/μE=l2/μU（2）將式（1）代入式（2）可得

G=βτμU/l2式中l為光電導體兩極間距；μ為遷移率；E為兩極間的電場強度；U為外加電源電壓。可知，光電導體的非平衡載流子壽命τ越長，遷移率μ越大。光電導體的靈敏度（光電流或光電增益）就越高。而且，光電導體的靈敏度還與電極間距l的平方成反比。如果在光電導體中自由電子與空穴均參與導電，那麼，光電增益的運算式為G=β(τnμn+τpμp)U/l2

式中τn和τp分別為自由電子和空穴的壽命；μn和μp分別為自由電子和空穴的遷移率。二、光電導的弛豫

光電導是非平衡載流子效應，因此有一定的弛豫現象：光照射到樣品後，光電導逐漸增加，最後達到定態。光照停止，光電導在一段時間內逐漸消失。這種現象表現了光電導對光強變化反應的快慢。光電導上升或下降的時間就是弛豫時間，或稱為回應時間。顯然，弛豫時間長，表示光電導反應慢，這時稱為慣性大；弛豫時間短，即光電導反映快，稱為慣性小。從實際應用講，光電導的弛豫決定了在迅速變化的光強下，一個光電器件能否有效工作的問題。從光電導的機理來看，弛豫現象表現為在光強變化時，光生載流子的積累和消失的過程。因此，要討論弛豫現象，必須研究光生載流子的產生和複合。在分析定態光電導和光強之間的關係時，通常討論下麵的兩種情況：

1、直線性光電導的弛豫過程（即光電導與光強呈線性關係）

對直線性光電導材料而言，在光強照射下，增加的電子密度Δn（或空穴密度Δp）與光強I的關係可表示為

Δn=αI在定態的情況下，如果光生載流子有確定的複合幾率或壽命τ，這時，對直線性光電導可得：

Δn/τ=Inαβ式中In是以光子計算的入射光強（即單位時間內通過單位面積的光子數）；α為光電導體對光的吸收係數。由此可知，光生載流子的密度與光強成正比，電導率的增量與光強也成正比。在直線性光電導中，恒定光照下決定光電導上升規律的微分方程

根據上式的初始條件t=0時，Δn=0，則方程的解為

取消光照後，決定光電導下降的微分方程為設光照停止時（t=0），Δn具有式（1.1-10）所示的定態值Δn=Inαβτ，則上式的解為所以直線性光電導上升和下降曲線如圖1.1.3-1所示。從上面分析可以看到，在直線性光電導的弛豫中，光電流都按指數規律上升和下降。在t=τ時，光電流上升到飽和值的（1-1/e），或下降到飽和值的1/e，上升和下降是對稱的。因此定義為光電流的弛豫時間。顯然，直線性光電導的弛豫時間與光強無關。圖1.1.3-1直線性光電導上升和下降曲線2、拋物線性光電導的弛豫過程（光電導與光強的平方根成正比）

對拋物線性光電導材料，Δn（或Δp）與光強I的關係可表示為

同時，必須假設複合率與光生載流子密度的平方程正比，即

複合率=b（Δn）2式中b為比例係數，這時的定態條件為由此可見，光生載流子