《光电器件及系统》光电器件物理基础0601.pdf

光电器件物理基础
一、半导体基础知识


二、光电效应



三、光电器件基本特性参数



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一、半导体基础知识一、
半导体定义定义::以电阻率界限
导体半导体绝缘体
6 3
10 - 10 - 10 12
•cm
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纯硅在室温下的电导
率为5×10 -6
-
1•cm -1,当掺入硅
一、半导体基础知识一、原子数的百万分之一
的杂质时,电导率却
上升至2
-1•cm -1,
半导体特性半导体特性几乎增加加了一百万倍。
111111、、电阻温度系数一般都是负的、、电阻温度系数一般都是负的电阻温度系数一般都是负的电阻温度系数一般都是负的,,对温度的变,,对温度的变对温度的变对温度的变
化化十分敏感化化十分敏感;;
222222、、导电性能可受极微量杂质的影响而发生、、导电性能可受极微量杂质的影响而发生导电性能可受极微量杂质的影响而发生导电性能可受极微量杂质的影响而发生
十分显著的变化化十分显著的变化化;;
333333、、导电能力力及性质会受热、、导电能力力及性质会受热导电能力力及性质会受热导电能力力及性质会受热、、光、、光光光、光光、、、电、、电电电、电电、、、磁等、、磁等磁等磁等
外界总有的影响而发生非常重要的变化化外界总有的影响而发生非常重要的变化化。。
二、光电效应
•物质在光的作用下,,不经升温而直接引起物质不经升温而直接引起物质
中电子运动动状态发生变化化,,因而产生物质的光因而产生物质的光
电导效应、、光生伏特效应和光电子发射等现象光生伏特效应和光电子发射等现象。
•在理解上述定义时,,必须掌握以下三个要点必须掌握以下三个要点:
•原因::是辐射是辐射,,而不是升温而不是升温;
•现象::电子运动动状态发生变化化电子运动动状态发生变化化;
•结果::电导电导率变化化、、光生伏特光生伏特、、光电子发射光电子发射。
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二、光电效应
光对电子的直接作用是物质产生光电效应的起因光对电子的直接作用是物质产生光电效应的起因
ՕՕՕՕՕՕ光电效应的起因光电效应的起因:: 在光的作用下在光的作用下,,当光敏物质中的电,当光敏物质中的电当光敏物质中的电
子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时,,电,电电
子就会从基态被激发到到高能态子就会从基态被激发到到高能态,,脱离原子核的束缚,脱离原子核的束缚脱离原子核的束缚,,
在外电场作用下参与导电在外电场作用下参与导电,,因而产生了光电效应,因而产生了光电效应因而产生了光电效应。。
ՕՕՕՕՕՕ说明说明:: 如如果光子不是直接与电子起作用如如果光子不是直接与电子起作用,,而是能量被固,而是能量被固而是能量被固
体晶格振动动吸收体晶格振动动吸收,,引起固体的温度升高,引起固体的温度升高引起固体的温度升高,,导致固体电,导致固体电导致固体电
学性质的改变学性质的改变,,这种情况就不是光电效应,这种情况就不是光电效应这种情况就不是光电效应,,而是热电,而是热电而是热电
效应效应。。
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二、光电效应
光电效应分类:
光与物质的作用实质是光子与电子的作用,,,电子吸收光子的能量后,电子吸收光子的能量后,,,改,改改改
变了电子的运动动规律。。。由于物质的结构和物理性能不同。由于物质的结构和物理性能不同,,,以及光和物质,以及光和物质
的作用条件不同,,,在光子作用下产生的载流子就有不同的规律,在光子作用下产生的载流子就有不同的规律,,,因而导,因而导
致了不同的光电效应。。。
外光电效应外光电效应光电子发射光电子发射
光电效应光电效应光电效应光电导效应光电导效应
内光电效应内光电效应光生伏特效应光生伏特效应
丹倍效应丹倍效应
光磁效应光磁效应
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二、光电效应
ՕՕՕՕՕՕ外光电效应外光电效应::是指物质受光照后而激发的电子是指物质受光照后而激发的电子
逸出物质的表面逸出物质的表面,,在外电场作用下形成真空中,,在外电场作用下形成真空中在外电场作用下形成真空中在外电场作用下形成真空中
的光电子流的光电子流。。这种效应多发生于金属和金属氧。。这种效应多发生于金属和金属氧这种效应多发生于金属和金属氧这种效应多发生于金属和金属氧
化化物化化物。。外光电效应将在第四章中介绍。。