2.光电效应__探测器基本参数.ppt

光电效应 物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质中电子运动状态发生变化，因而产生物质的光电导效应、光生伏特效应和光电子发射等现象。 在理解上述定义时，必须掌握以下三个要点： 原因：是辐射，而不是升温； 现象：电子运动状态发生变化； 结果：电导率变化、光生伏特、光电子发射。 简单记为：辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射。 光对电子的直接作用是物质产生光电效应的起因 光电效应的起因： 在光的作用下，当光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。 这里需要说明的是，如果光子不是直接与电子起作用，而是能量被固体晶格振动吸收，引起固体的温度升高，导致固体电学性质的改变，这种情况就不是光电效应，而是热电效应。 光与物质的相互作用： 内光电效应：被光激发的载流子仍在物质内部，但使物质的电导率变化or产生光生伏特效应；(半导体光电器件) 外光电效应：被光激光的电子逸出物质表面，形成的效应；(真空光电倍增管、摄像管、像增强器) 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培(Dember)效应 光磁电效应 光子牵引效应 外光电效应 光电导效应：价带电子吸收光子跃入导电，引起半导体电导率变化由于对光子的吸收引起载流子浓度的增大，因而导致材料电导率增大（电阻减小） ； 如通量为Φe,λ的单色辐射入射长宽高为b,d,l的半导体光敏区，则单位时间吸收量子密度为：每秒光生电子数密度： ，η为半导体材料的量子效率；导带中电子-空穴总复合率：半导体中热电子复合率：半导体中总电子产生率： 光电导效应 非平衡下，载流子变化率=总产生率-总复合率；1,弱辐射条件下：Δnni,Δppi, Δn=Δp 微分方程解：  ,其中平均寿命 当tτ时，光电导为： 光电导效应 2,强辐射作用下， Δnni,Δppi,  微分方程解：  强辐射下平均寿命光电导与入射辐通量关系： 灵敏度： 光电导效应 半导体的光电导效应和入射辐通量的关系：弱辐射下为线性关系，随辐射的增加，线性关系变坏，辐射很强时，变为抛物线关系； II,杂质半导体的光电导效应 N型光电导体，主要是光子激发施主能级中的电子跃迁到导带中去，电子为主要载流子，增加了自由电子的浓度。 P型光电导体，主要是光子激发价带中的电子跃迁到受主能级，与受主能级中的空穴复合，而在价带中留有空穴，作为主要载流子参加导电。增加了空穴的浓度。 只要光子能量满足 就能激发出光生载流子。 相应的杂质光电导体的长波限为　　　　　　　　　　　 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培(Dember)效应 光磁电效应 光子牵引效应 外光电效应 光生伏特效应：基于pn结基础上的一种把光能转变成电能的效应。 pn结接触,Femi能级差别?Femi能级相同＋空间电荷区；(空间电场：n?p) 在pn结区有光生载流子时，内建电场?电子向n+空穴向p；(p区带正电，n区带负电，伏特电压) 光生伏特效应 设内建电场的方向为电压电流的正方向； pn两端接RL， 辐通量Φe,λ的作用下： 短路电流开路电压： 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培(Dember)效应 光磁电效应 光子牵引效应 外光电效应 丹培(Dember)效应:由于载流子迁移率的差别产生的伏特现象； 如下图所示：1,半导体部分遮蔽、部分光照?载流子向遮蔽区扩散；2,电子迁移率大于空穴迁移率?遮蔽区积累电子+光照区积累空穴；3,形成光生伏特现象； 当半导体较厚，迎光面带正电，背光面带负电； 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培(Dember)效应 光磁电效应 光子牵引效应 外光电效应 光磁电效应：外磁场与光照方向垂直，洛仑兹力使垂直于光照方向和磁场方向上产生伏特电压； 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培(Dember)效应 光磁电效应 光子牵引效应 外光电效应 光子牵引效应(Photon