改 3.2半导体的光电效应

第二节半导体的光电效应•光电导效应•光伏效应•光电子发射效应•光电转换的两个概念•光电导探测器•光伏探测器•光电子发射探测器利用光电效应制成的光电探测器称为光子探测器光电导效应当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的变化，因而导致材料电导率变化，这种现象称为光电导效应。非本征光电导效应本征光电导效应(杂质光电导效应)－－杂质吸收－－本征吸收本征光电导d0n0p()qnp0n0p[]qnnppdnpqnp暗电导率：亮电导率：光电导率：非本征光电导光电导率：ndnpdpqNqPnp型型第二节半导体的光电效应•光电导效应•光伏效应•光电子发射效应•光电转换的两个概念光伏效应NPPN结光一块半导体，P区与N区的交界面称为PN结。PN结受到光照时，可在PN结的两端产生电势差，这种现象则称为光伏效应。1)PN结的形成扩散形成：耗尽区空间电荷区内建电场浓度差异E漂移扩散与漂移方向相反扩散==漂移平衡PN结形成扩散---增强内建电场---阻止扩散漂移---减弱内建电场---阻止漂移PN结的形成摘自教育部新世纪网络课程《电子技术》—大连海事大学制作2)PN结能带与势垒结合前结合后一个平衡系统只能有一个费米能级E电场力类比:小球滚上山坡速度方向重力分力mgh坡：内建电场扩散：电子爬坡漂移：电子下坡正向偏压:外加电场耗尽区宽度变小3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容T//0011UUeUkTIIeIe（）（）电流方程：扩散流反向偏压:外加电场耗尽区宽度变大漂移流PN结的单向导电性摘自教育部新世纪网络课程《电子技术》—大连海事大学制作4)PN结光电效应电子—空穴对分离电子—空穴对光照光生电势差光生电动势与光电流PNE＋－光电流方向光生电动势方向扩散流方向光生电动势扩散流光电流为维持光生电动势一直持续PNE＋－光生电动势方向e/0p1UkTIIeI（）光照下PN结的电流方程：光电流方向扩散流方向扩散流光电流科9NPPN结光电池不能短接，光照下的PN节能短接吗？PNE＋－光生电动势=0e/0p1UkTIIeI（）扩散流=0短路光电流短接PNE＋－开路光电压方向e/0p1UkTIIeI开（）扩散流光电流开路PNE＋－光电压方向e/0p1UkTIIeI（）扩散流光电流接负载R第二节半导体的光电效应•光电导效应•光伏效应•光电子发射效应•光电转换的两个概念3.光电发射效应金属或半导体受到光照时，电子从材料表面逸出这一现象称为光电发射效应。－－又称外光电效应。逸出物质表面的电子叫做光电子。光电发射第二定律（爱因斯坦定律）：发射的光电子的最大动能随入射光子频率的增加而线性地增加，而与入射光的强度无关光电发射第一定律：当入射辐射的光谱公布不变时，饱和光电流Ｉ与入射的辐通量成正比1)光电发射定律爱因斯坦定律Whvme2max21Whch0Whc0μm24.10WW-逸出功截止波长（长波限）μm24.10W－－光电发射－－本征吸收μm24.1gg0EEhc－－杂质吸收μm24.1μm24.1aa0dd0EEhcEEhc或结论：－－截止波长对比波长增大光电发射杂质吸收本征吸收2)金属逸出功和半导体的发射阈值金属逸出功:f0EEW半导体发射阈值:AgWEE能够有效吸收光子的电子大多处在价带顶附近基本概念：真空能级E0电磁真空中静止电子能量（体外自由电子最小能量）电子亲和势EA真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势第二节半导体的光电效应•光电导效应•光伏效应•光电子发射效应•光电转换的两个概念4.光电转换的两个概念的光子数每秒入射波长为数每秒产生的平均光电子探测器类型η（％）光电导探测器（本征）～60光电导探测器（非本征）～30光伏探测器～60光电子发射探测器～10量子效率(1)(1)xlre提高量子效率：－－反射率r低，－－吸收系数α大，－－吸收厚长度lx要大例如，在探测器入射面镀上高透射率的抗反射层；利用微型谐振腔的光场谐振以增强吸收等。100％－－原因：反射、透射、散射等光电增益PPMIIqNqhv外部光电流单位时间外电路产生的电荷数内部光电流单位时间探测器产生的的电荷数光电导探测器：M可以大于1光电三极管：M~102雪崩光电二极管：M~103光电倍增管：M~106