第一章 光电检测技术概论.ppt

* 光?? 伏 ? 效?? 应 以下以P-N结为例说明， 光照时结电压变化。 * * P-N结的形成： 在P、N区交界面因载流子的浓度差，故彼此向对方扩散。在N区的电子为多子，在P区的电子为少子，使电子由N区流入P区，这样在N区的结面附近形成正的空间电荷。同样，空穴由P区扩散到N区后，形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧，形成内电场（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层）,此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。 * P-N结能带图 热平衡下P-N结模型及能带图 * P-N结能带图 在热平衡条件下，结区有统一的EF，在远离结区的部位，EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。从能带图看，N型、P型半导体单独存在时，EFN与EFP有一定差值。当N型与P型两者紧密接触时，产生内建电场，内建电场方向为从N区指向P区。 * 接触电势差UD 在内建电场作用下，EFN将连同整个N区能带一起下移，EFP将连同整个P区能带一起上移，直至将费米能级拉平为EFN=EFP。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲，形成势垒。势垒高度等于N型、P型半导体单独存在时费米能级之差： * 接触电势差UD qUD=EFN-EFP UD=(EFN-EFP)/q q：电子电量 UD：接触电势差或内建电势 * 光照下的P-N结 N区 P区 光照下光电流的产生动态图 当P-N结受光照时，P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区。 * 光生电势差 光照导致在N区边界有光生电子积累，在P区边界有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差。 N区 P区 * 光电导效应 光照变化引起半导体电导变化称光电导效应。当光照时，材料吸收光子的能量，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。 本征半导体光电导效应图 * 光电发射效应 金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hν足够大，光子能量转换成电子能量，使电子从材料表面逸出的现象称光电发射效应也称为外光电效应。它是真空光电器件光电阴极的物理基础。 外光电效应的两个基本定律 1.斯托列托夫定律 2.爱因斯坦定律 光电发射定律解释图 * 1．光电发射第一定律——斯托列托夫定律： 当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射光强度成正比： ???????? Ik=SkFk Ik：光电流 Sk：该阴极对入射光线的灵敏度 Fk：光强 * 2．光电发射第二定律——爱因斯坦定律 光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关： Emax=(1/2)mυ2max=hν- hν0=hν- A Emax：光电子的最大初动能。 h：普朗克常数。 ν0：产生光电发射的极限频率，频率阈值。 A：金属电子的逸出功（从材料表面逸出时所需的最低能量），单位eV，与材料有关的常数，也称功函数。 * 入射光子的能量至少要等于逸出功时，才能发生光电发射。 波长阈值： ???????? λ0=C/ν0≤hc/A=1.24/A(μm) 当入射光波长大于λ0时，不论光强如何，以及照射时间多长，都不会有光电子产生。 * 第一讲 光电检测技术概论 光电测试技术解决的测量问题（必要性、重要性） 光电测试系统组成 光电测试发展趋势 光电检测技术（一） * 学习的必要性、重要性 勇气号-九只眼 * 勇气号-九只眼 ☆其中六只用于导航：前后两端各安装 了两组相同的立体黑白避险摄像机； 在桅杆的顶端，安装了两部立体黑白 导航摄像机。 ★三只用于科学探测：桅杆顶部安装了一台全景彩色立体摄像机，用于科学观测，安装了另一台显微影像仪，用于观测矿物的结构；再加上微型热辐射分光仪及α粒子与X射线光谱仪，这样“勇气”号就可以分析火星水分及土壤成分。 * 金字塔漫游者 拥有五大法宝： 1.超声波传感器：可用来测量岩石厚度。 2.微波传感器：通过探测电磁波穿透岩石的速度，测算出岩