半导体的光电效应.ppt

关于半导体的光电效应第1页，课件共35页，创作于2023年2月光电导效应光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。当光照射到半导体材料时,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。主要有本征光电导与非本征光电导。下面讨论本征光电导：??????????????????????????????????????????????????本征半导体光电导效应图讨论光电探测器的一般步骤：定性分析：工作原理定量计算：性能分析：灵敏度，光谱响应特性，线性关系等第2页，课件共35页，创作于2023年2月光电导效应当入射光功率为为常数时：用来产生光电效应的光功率:产生非平衡载流子的光子数：产生非平衡载流子的浓度：在稳定光照下，光生载流子不断产生，同时也不断复合。在稳定时光生载流子的浓度为：光电导为：暗电导为：第3页，课件共35页，创作于2023年2月光电导效应那么它的短路光电流密度为：产生的短路光电流：光电导的响应时间：光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的。同样光照停止后光电流也是逐渐消失的。这些现象称为弛豫过程或惰性。考察其瞬态过程：第4页，课件共35页，创作于2023年2月光电导效应积分得到：???????????????????????????????????????????????????????????????????矩形脉冲光照弛豫过程图同样停止光照时：频率响应：?????????????????????????????????????????????????????正弦光照弛豫过程图第5页，课件共35页，创作于2023年2月光电导效应光谱响应：探测器的输出与输入光波长的关系注意条件：理想情况实际情况第6页，课件共35页，创作于2023年2月光生伏特效应光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。产生机制：光生载流子的浓度梯度光电磁效应势垒效应（PN结）第7页，课件共35页，创作于2023年2月光生伏特效应PN结光伏效应半导体的PN结P型N型P型N型EfpEfnEf能级弯曲的原因：在热平衡条件下，同一体系具有相同的费米能级能级是相对于电子来说的，在经过PN结时电场力做功，电势能降低第8页，课件共35页，创作于2023年2月P-N结光伏效应NNPVIsIdI二极管的伏安特性电流：＋－那么流过PN结的电流为：第9页，课件共35页，创作于2023年2月光伏效应vId它的供电电流为：二极管伏安特性vI光敏二极管伏安特性短路电流为：开路电压：说明：第三象限为光电流区第四象限为光电池区第一象限不利用第10页，课件共35页，创作于2023年2月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，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，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．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：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-W第11页，课件共35页，创作于2023年2月光电发射效应表面势垒：金属表面形成的偶电层使表面电位突变。EE0Ef金属表面势垒光电发射大致可分三个过程：???1)金属的电子吸收光子能量，从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。???2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。???3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。E0WEf第12页，课件共35页，创作于2023年2月半导体光电反射半导体的光电发射逸出供为：E0EcEfEgWEA（其中EA为电子亲和势）半导体光电发射注意：在光电效应里面：包括内电光与外电光效应，都存在着一个阀值波长问题第13页，课件共35页，创作