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半导体的光生伏特效应及其应用
050311220 徐雨
摘要：现在广泛应用的太阳电池和各种以光敏元件为基础的光电探测器都是在 内光电效应的基础上研制、开发出来的。光照使半导体与金属结合的不同部位之 间产生电位差的现象。它首先是由光子（光丽i
理萍 h绝粽体 匕半导体
导体、绝缘体及半导体的能带结构
三•半导体的内光电效应
当光照射到半导体表面时，电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光 照而产生的电效应。因此，这种光电效应就是一种内光电效应。在光作用下能使 物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三 极管。
从理论和实验结果分析，要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一个入射光 的极限能量，即m二代二Eg,其中vo是低频限(即极限频率vo = Egh)。这个关系 也可以用长波限表示，即即o二吧。入射光的频率大于vo或波长小于九o时,才会 发生电子的带间跃迁。当入射光能量较小，不能使电子由价带跃迁到导带时，有可 能使电子吸收光能后，在一个能带内的亚能级结构间跃迁。广义地说，这也是一种 光电效应。这些效应,可以由半导体材料对光波的吸收谱线来观察和分析。
四•半导体材料的掺杂与PN结的形成
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半导体材料硅(Si)和锗(Ge)都是第W主族元素，每个电子的4个价电子与近 邻的4个原子的一个价电子形成共价键。如图(a)所示。
这些价电子就是处在价带中的电子。纯净的半导体材料结构比较稳定，在室 温下只有极少数电子能被激发到禁带以上的导带中去，形成电子一一空穴对的载 流子。但如果将纯净的半导体材料中掺入微量的杂质,就可以使半导体的导电性 能大大改观。同时还可以通过掺杂来控制和改变半导体的导电性和其它性能,丰 富半导体的应用。半导体掺杂主要有两种类型。一种是在纯净的半导体中掺入微
量的第V主族杂质，如磷(P)、***(As)、锑(Sb)等。当它们在晶格中替代硅原子后, 它的五个价电子除了四个与近邻的硅原子形成共价键外，还多出一个电子吸附在 已成为带正电的杂质离导带F禁带周围，如图(b)所示。这种提供电子的杂质叫 施王杂质。
施主、受主能级
量子理论分析的结果表明，此时将在靠近半导体导带下边缘的禁带中产生一 个施主能级，如图所示。此能级与导带底能隙很小，室温下其上的电子也可大量激 发到导带上去，形成载流子。这种主要依靠施主杂质提供电子导电的半导体，叫N 型半导体。它的多数载流子(简称多子)是电子，少数载流子(简称少子)是空穴。 另一种掺杂是在纯净半导体中掺入微量第III主族杂质，如硼(B)、铝(A1)、镓(Ga)、 铟(In)等。此时会形成如图(c)所示的接受电子的受主杂质。这也相当于提供了 一个空穴。这种掺杂产生的受主能级在靠近价带上边缘的禁带中。室温下价带中 的电子可以大量激发到受主能级上去，而在价带中留下正载流子一一空穴，如图 (b)所示。这种主要依靠受主杂质提供的空穴导电的半导体叫P型半导体。其多 子是空穴,少子是电子。如果一块半导体材料中,一部分P型区紧邻着另一部分N 型区，如图(a)所示，由于两个区域的多子类型不同，某区域内浓度高的载流子要 向另一个区域扩散。即P区的多子空穴向N区扩散,而N区的多子电子向P区扩 散。直至在接触面附近形成一个由N区指向P区