课件光电子技术与新型材料52节.ppt

半导体的光电效应
因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应
半导体的光电效应可分为:内电光效应与外电光效应
内电光效应:
光电导效应
光生伏特效应
外电光效应:
光电发射效应
光电导效应
光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。
当光照射到半导体材料时,材料吸收光子的能量,引起载流子浓度增大,因而导致材料电导率增大。
主要有本征光电导与非本征光电导。
下面讨论本征光电导:
本征半导体光电导效应图
讨论光电探测器的一般步骤:
定性分析:工作原理
定量计算:
性能分析:灵敏度,光谱响应特性,线性关系等
光电导效应
当入射光功率为
为常数时:
用来产生光电效应的光功率:
产生非平衡载流子的光子数:
产生非平衡载流子的浓度:
在稳定光照下,光生载流子不断产生,同时也不断复合。在稳定时光生载流子的浓度为:
光电导为:
暗电导为:
光电导效应
那么它的短路光电流密度为:
产生的短路光电流:
光电导的响应时间:
光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的。同样光照停止后光电流也是逐渐消失的。这些现象称为弛豫过程或惰性。
考察其瞬态过程:
光电导效应
积分得到:
矩形脉冲光照弛豫过程图
同样停止光照时:
频率响应:
正弦光照弛豫过程图
光电导效应
光谱响应:探测器的输出与输入光波长的关系
注意条件:
理想情况
实际情况
光生伏特效应
光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
产生机制:
光生载流子的浓度梯度
光电磁效应
势垒效应(PN结)
光生伏特效应
PN结光伏效应
半导体的PN结
P型
N型
P型
N型
Efp
Efn
Ef
能级弯曲的原因:
在热平衡条件下,同一体系具有相同的费米能级
能级是相对于电子来说的,在经过PN结时电场力做功,
电势能降低
P-N结光伏效应
N
N
P
V
Is
Id
I
二极管的伏安特性电流:
+
-
那么流过PN结的电流为: