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第五章　信息获取材料;5.1　概述;5.2 光电材料的物理基础;　　假设电磁波　　　　　　的波矢设定为　　　，则介电常数可以这样表示： 这样，复折射率： 　　　　　　　　　 ;光入射进半导体：入射光子的能量 hv 大于半导体的禁带宽度 Eg 时,将产生吸收。 本征吸收通常指的是带间吸收。半导体本征吸收的特点是在不大的光谱范围内吸收系数突然增大。 本征吸收限：吸收系数突然增至很大的光波长或频率。可以根据它来确定禁带宽度。 带间吸收跃迁必须满足能量与动量守恒，且有两种跃迁：直接和间接跃迁，相应得出两种不同类型的半导体： 直接带隙半导体：化合物半导体GaAs、GaSb、InP、InAs和Zn, Cr, Pb的硫化物； 间接带隙半导体：Ce、Si、GaP。;（1）强电场下的本征吸收 　　夫兰茨－凯尔迪什效应： 　　　　　　时，光子隧道效应　　能带倾斜，且： 　　　　　??电场对吸收系数的影响比较复杂。由于Stark效应，强电场时原子发射谱线发生移动和分裂。这些能谱的间距为：;（2）压力对本征吸收限的影响 　　压力改变原子间距，从而改变禁带宽度，进而再改变本征吸收限。（应用：力敏元件）;（3）温度的影响 能级粒子数由 Fermi-Dirac分布函数决定，此函数包括温度和 Fermi 能级。 温度也能通过改变禁带宽度来改变本征吸收限。温度越高，本征吸收限越向低能量方向移动。由以下两种效应引起： 一、在温度升高时，晶体膨胀，晶格原子距离增大，导致禁带宽度减小； 二、温度升高，晶格振动增强，电声作用增强，从而导致允许能带的增宽和禁带宽度的减小。;3. 激子吸收;半导体中可以掺入等价替位式杂质，则可以形成以这个杂质为中心的等电子陷阱或等电子中心，它可以束缚激子，所需要的能量比自由激子低一些。由它所束缚的激子可以复合并发射出光子，所以这些杂质中心也称为等电子复合中心。 原理：如果杂质原子位于晶格原子之上，则它的电子亲和势较大，可以先束缚一个电子，再利用库仑力吸附一个空穴。 反之，则先束缚一个空穴，再吸附一个电子。 总的效果就是形成等电子中心束缚的激子。　;杂质能级分为施主能级和受主能级两种。前者离导带近，后都离价带近。 光子的作用可以使杂质中心电离，即光致电离，并且在吸收光谱上有所反映，但光子的能量不应小于杂质电离能。;当晶体中同时存在施主杂质和受主杂质时，有一部分受主态被占，而一部分施主态空着。这时可以吸收适当能量的光子，而使电子由受主向施主跃迁。所需要的最低能量为： ;（1）无选择性自由载流子吸收 所谓自由载流子是指那些能够在一个允许能带内自由运动并对外界的作用做出反应的载流子。它可以吸收光子，并跃迁到较高的能级。 通常所说的自由载流子吸收是指载流子的吸收跃迁发生在同一能带或亚能带范围之内。;光电效应是指物质在光的作用之下释放出电子的现象，有外光电效应和内光电效应两类。内外取决于吸收光子后电子是否能够逸出半导体之外。 对于均匀半导体，光作用下发生的电性能变化首先是电导的变化，即光电导现象； 对于p-n结等存在不均匀性的半导体或者处于一定不均匀条件下的均匀半导体，内光电效应的结果是产生光电势，即光生伏特效应。 光电效应是物理上把光信号转化为电信号的重要基础。;（1）本征光电导和杂质光电导 取决于不同类型的吸收跃迁过程。从价带至导带的跃迁引起的光电导称为本征光电导。 实现本征光电导的必要条件是： 杂质能带或允许能带之间的跃迁所引起的光电导称为杂质光电导。;深施主能级的n型半导体中，电导率不大； 如果受到量子能量　　　　则电子从中性施主能级跳至导带，增加了电导率； 在具有深受主能级的p型半导体中，如果　　　　，使电子从价带向中性受主跃迁，形成电离受主。;（2）光电导灵敏度 表示光电导体把光转变为电流的能力，通常借助比灵敏度Sp来表征，研究表明，它只与材料的性质有关，与外加条件无关。 （3）表面对光电导的影响 晶体的表面比内部有更多缺陷和杂质，产生表面复合效应，致使表面的载流子寿命比体内的短很多，直接影响比灵敏度。;（4）噪声 光子噪声、热激噪声、产生-复合噪声、陷阱效应噪声、1/f 噪声。;内建电场是产生光电势一个主要原因，但是均匀半导体中没有内建电场，必须要有附加条件：电子和空穴的迁移率不同（丹倍Dember效应）、存在外加磁场（光磁电效应）。 （1）p-n结的光生伏特效应 　　;（2）异质结的光生伏特效应 主要应用异质结中存在的宽带材料的“窗口效应”，其光谱灵敏区将是　　　　　带。 （3）Schottky Barrier光生伏特效应 金属和半导体相接触，形成空间电荷区，能带发生弯曲。 1）内光电子发射 2）光生伏特效应 光电压:;（4）体积光生伏特效应 1）丹倍(Dember)效应 当光垂直照射在半导