光电技术基础.ppt

光敏物质吸收光子后被激发的电子能溢出光敏物质的表面，并且在外电场的作用下形成光电子流。?? 当入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流与被阴极所吸收的光通量成正比。 也称爱因斯坦定律。发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。 在入射光线频谱范围内，光电阴极存在临界波长，当光波波长等于这个临界波长时，电子刚刚能从阴极溢出。这个波长通常称为光电发射的“红限”，或称为光电发射的阈波长。 几种重要半导体材料的波长阈值 材料 温度/K Eg /eV λ/μm Se 300 1.8 0.69 Ge 300 0.81 1.5 Si 290 1.09 1.1 PbS 295 0.43 2.9 InSb 300 0.18 6.9 GaAs 300 1.35 0.92 Gap 300 2.24 0.55 * * ?价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是：能给电子提供足够能量的外界作用、电子跃入的能级是空的。 价带 导带 禁带 N型半导体 P型半导体 掺杂对半导体导电性能的影响： ??? 半导体中不同的掺杂或缺陷都能在禁带中产生附加的能级，价带中的电子若先跃迁到这些能级上然后再跃迁到导带中去，要比电子直接从价带跃迁到导带容易得多。因此虽然只有少量杂质，却会明显地改变导带中的电子和价带中的空穴数目，从而显著地影响半导体的电导率。 在一定温度下，若没有其他的外界作用，半导体中的自由电子和空穴是由热激发产生的。电子从不断热振动的晶体中获得一定的能量，从价带跃迁到导带，形成自由电子，同时在价带中出现自由空穴。在热激发同时，电子也从高能量的量子态跃迁到低能量的量子状态，向晶格放出能量，这就是载流子的复合。在一定温度下，激发和复合两种过程形成平衡，称为热平衡状态，此时的载流子成为热平衡载流子，它的浓度即为某一稳定值。 ★根据量子理论和泡利不相容原理，能态分布服从费米统计分布规律。 ★在某温度下热平衡态，能量为E的能态被电子占据的概率由费米-狄拉克函数给出，即 ??? 热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中能态（或能级）的分布，二是这些能态中每一个能态可能被电子占据的概率。 f(E)：费米分布函数，能量E的概率函数 k：波耳兹曼常数，1.38×10-23J/K T：绝对温度 EF：费米能级(绝对零度时的电子的最高能级) 费米-狄拉克函数曲线 当E=EF时，f(E)=1/2 当EEF时，f(E)1/2 当EEF时，f(E)1/2 ★若(E－EF) kT时 随着E的增加， f(E)迅速减小，所以导带中的大部分电子的能量是在导带底EC附近。同样价带中空穴的绝大部分都在价带顶EV附近。 EF为表征电子占据某能级E的概率的“标尺”，它定性表示导带中电子或价带中空穴的多少。常温下EF随材料掺杂程度而变化。对于本征半导体 EF≈ (EC + EV )/2 一般，费米能级在禁带中， (E－EF) 比kT 大得多。所以半导体的导带电子浓度n和价带空穴浓度p分别为： N－为导带的有效能级密度 N＋为价带的有效能级密度 ni称为半导体的本征载流子浓度 对本征半导体而言n=p 对于一种确定的半导体，不管它是本征半导体还是杂质半导体，也不管掺杂的程度如何，在热平衡状态下，两种载流子的浓度乘积必定等于一个常数——本征载流子浓度的平方。 a) 重掺杂P型 ? b) 轻掺杂P型? c) 本征型 d) 轻掺杂N型? e) 重掺杂N型 半导体的费米能级图如下图所示，以下表述中正确的是（ ） A、（1）是本征半导体（2）是N型半导体（3）是P型半导体 B、（1）是本征半导体（2）是P型半导体 （3）是N型半导体 C、（1）是N型半导体 （2）是P型半导体 （3）是本征半导体 D、（1）是P型半导体 （2）是N型半导体 （3）是本征半导体 半导体在外界条件有变化（如受光照、外电场作用、温度变化）时，载流子浓度要随之发生变化，此时系统的状态称为非热平衡态。载流子浓度对于热平衡状态时浓度的增量称为非平衡载流子。 1、产生非平衡载流子的方法 对于弱光注入 ???????????? n=n0+Δn≈n0???????????? p=p0+Δp≈Δp 此时受影响最大的是少子浓度，可认为一切半导体光电器件对光的响应都是少子行为。 例如：一N型硅片，室温下，n0=5.5×1015cm-3，p0=3.5×104cm-3；弱光注入下，Δn =Δp=1010cm-3，此时非平衡载流子浓度 ????????? ?n=n0+Δn=5