此效应是最早发现的光电现象半导体和绝缘体都有这种效.pptVIP

第一章 光电信息技术物理基础 * 第三节 光电导效应 上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 回目录 光电导效应指固体受光照而改变其电导率。此效应是最早发现的光电现象。半导体和绝缘体都有这种效应。 电导率正比于载流子浓度及其迁移率的乘积。 入射光的光子能量等于或大于与该激发过程相应的能隙 ΔE (禁带宽度或杂质能级到某一能带限的距离)，也就是光电导有一个最大的响应波长，称为光电导的长波限λC ， 若λC 以μm 计，ΔE 以eV 计，则λC与ΔE的关系为 λC = 1.24 / ΔE  就光电器件而言，最重要的参数是灵敏度，弛豫时间和光谱分布。下面讨论一下光电导体的这三个参数。 上一节 一、光电导体的灵敏度 灵敏度通常指的是在一定条件下，单位照度所引起的光电流。由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不同的表示法。光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强弱。它可以用光电增益G来表示。根据恒照即定态条件下电子与空穴的产生率与复合率相等可推导出： G = βτ/ tL ： （1）  式中β为量子产额，即吸收一个光子所产生的电子空穴对数；τ为光生载流子寿命；tL为载流子在光电导两极间的渡越时间，一般有 tL = l /μE = l2 /μU （2） 将式（1）代入式（2）可得  G = βτμU/l2 式中l为光电导体两极间距；μ为迁移率；E为两极间的电场强度；U为外加电源电压。可知，光电导体的非平衡载流子寿命τ越长，迁移率μ越大。光电导体的灵敏度（光电流或光电增益）就越高。而且，光电导体的灵敏度还与电极间距l的平方成反比。 如果在光电导体中自由电子与空穴均参与导电，那么，光电增益的表达式为 G = β(τnμn +τpμp )U/l2  式中τn和τp分别为自由电子和空穴的寿命；μn和μp分别为自由电子和空穴的迁移率。 二、光电导的弛豫 光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象：光照射到样品后，光电导逐渐增加，最后达到定态。光照停止，光电导在一段时间内逐渐消失。这种现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间。显然，弛豫时间长，表示光电导反应慢，这时称为惯性大；弛豫时间短，即光电导反映快，称为惯性小。从实际应用讲，光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强下，一个光电器件能否有效工作的问题。从光电导的机理来看，弛豫现象表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消失的过程。因此，要讨论弛豫现象，必须研究光生载流子的产生和复合。 在分析定态光电导和光强之间的关系时，通常讨论下面的两种情况： 1、直线性光电导的弛豫过程（即光电导与光强呈线性关系） 对直线性光电导材料而言，在光强照射下，增加的电子密度Δn（或空穴密度Δp）与光强I的关系可表示为 Δn =αI 在定态的情况下，如果光生载流子有确定的复合几率或寿命τ，这时，对直线性光电导可得： Δn/τ=Inαβ 式中In是以光子计算的入射光强（即单位时间内通过单位面积的光子数）；α为光电导体对光的吸收系数。由此可知，光生载流子的密度与光强成正比，电导率的增量与光强也成正比。 在直线性光电导中，恒定光照下决定光电导上升规律的微分方程  根据上式的初始条件t = 0时，Δn = 0，则方程的解为 取消光照后，决定光电导下降的微分方程为 设光照停止时（t = 0），Δn具有式（1.1-10）所示的定态值Δn = Inαβτ，则上式的解为 所以直线性光电导上升和下降曲线如图1.1.3-1所示。 从上面分析可以看到，在直线性光电导的弛豫中，光电流都按指数规律上升和下降。在t =τ时，光电流上升到饱和值的（1-1/e），或下降到饱和值的1/e，上升和下降是对称的。因此定义为光电流的弛豫时间。显然，直线性光电导的弛豫时间与光强无关。 图1.1.3-1直线性光电导上升和下降曲线 2、抛物线性光电导的弛豫过程（光电导与光强的平方根成正比） 对抛物线性光电导材料，Δn（或Δp）与光强I的关系可表示为同时，必须假设复合率与光生载流子密度的平方程正比，即 复合率 =