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《光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)課件作者徐熙平第2章節(jié)光電效應(yīng)課件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、21九月2021《光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》第2章光電效應(yīng)任課教師：徐熙平目錄2.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)半導(dǎo)體特性、能帶、半導(dǎo)體導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、載流子的運(yùn)動(dòng)，PN結(jié)、半導(dǎo)體對(duì)光的吸收。2.2內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。2.3外光電效應(yīng)第2章光電效應(yīng)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)如：光敏電阻內(nèi)光電效應(yīng)非放大型光二、光電池光生伏特放大型光三、場(chǎng)效應(yīng)管雪崩光電二極管非放大型如：真空光電管外光電效應(yīng)放大型如：光電倍增管光電效應(yīng)光照射到物體上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)等。物質(zhì)受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)而不會(huì)逸出物質(zhì)外部。物質(zhì)受到光照后向外發(fā)射電子。半導(dǎo)體受光照射后，
2、其內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著增加而電阻減小。光照在半導(dǎo)體PN結(jié)或金屬—半導(dǎo)體接觸面上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸面的兩側(cè)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)電子器件中，常用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體：硅、鍺、硒等；化合物半導(dǎo)體：砷化鎵(GaAs)、鋁砷化鎵(Ga1-xAlxAs)、硫化鎘(CdS)和硫化鉛(PbS)等；導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體10－6??cm10－31012銅，銀等硅，鍺等硫化鎘云母，琥珀多數(shù)現(xiàn)代電子器件是有性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體制成的，這里的性能指導(dǎo)電能力、電阻率。第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)1、半導(dǎo)體的特性1）半導(dǎo)體
3、的電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的，它對(duì)溫度的變化非常敏感。根據(jù)這一特性，制作了許多半導(dǎo)體熱探測(cè)元件。2）半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。隨著所摻入的雜質(zhì)的種類不同，可以得到相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。如在硅中摻入硼，可得到P型半導(dǎo)體；滲入銻可得到N型半導(dǎo)體。3）半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力及性質(zhì)會(huì)受熱、光、電、磁等外界作用的影響而發(fā)生非常重要的變化。例如沉積在絕緣基板上的硫化鎘層不受光照時(shí)的阻抗可高達(dá)幾十甚至幾百兆歐，但一旦受到光照，電阻就會(huì)下降到幾十干歐，甚至更小。沉積在絕緣板上的硫化鎘層不受光照時(shí)的阻抗可高達(dá)幾十甚至幾百兆歐，但一旦受到光照，電阻就會(huì)下降到幾十千歐。
4、純硅在室溫下的電導(dǎo)率為5×10－6?－1?cm-1，當(dāng)摻入硅原子數(shù)的百萬(wàn)分之一的雜質(zhì)時(shí)，電導(dǎo)率卻上升至2?-1?cm-1，幾乎增加了一百萬(wàn)倍。第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)2、能帶理論原子：由帶正電的原子核與一些帶負(fù)電的電子組成的能級(jí)：電子繞核穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的能量稱為能級(jí)（里低內(nèi)高）能帶：能量區(qū)域密集的能級(jí)成為能帶-價(jià)帶、導(dǎo)帶、禁帶價(jià)帶滿帶禁帶導(dǎo)帶空帶自由電子占據(jù)的能帶看動(dòng)畫能量最高的是價(jià)電子填滿的能帶，稱為價(jià)帶。價(jià)帶以上的能帶基本上是空的，其中最低的帶稱為導(dǎo)帶。價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的區(qū)域則稱為禁帶。空的導(dǎo)帶均被電子占據(jù)第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的能帶情
5、況絕緣體的禁帶比較寬，價(jià)帶被電子填滿，而導(dǎo)帶一般是空的。半導(dǎo)體的能帶與絕緣體相似，在理想的絕對(duì)零度下，也有被電子填滿的價(jià)帶和全空的導(dǎo)帶，但其禁帶比較窄。正因?yàn)槿绱耍谝欢ǖ臈l件下，價(jià)帶的電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶中去。導(dǎo)體的能帶情況有兩種：一是它的價(jià)帶沒(méi)有被電子填滿，即最高能量的電子只能填充價(jià)帶的下半部分，而上半部分空著；二是它的價(jià)帶與導(dǎo)帶相重迭。第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)3、半導(dǎo)體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在外加電場(chǎng)的作用下，有些電子在原來(lái)熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上迭加了定向運(yùn)動(dòng)，從而形成了電流。具有能向電子提供能量的外界作用電子要躍入的那個(gè)能級(jí)是空的導(dǎo)帶：電子濃度越高，導(dǎo)電能力愈強(qiáng)-電子導(dǎo)電的
6、價(jià)帶：電子的空位濃度愈高，導(dǎo)電能力愈強(qiáng)-電子空位導(dǎo)電的（注：電子的空位稱為空穴）載流子：電子、空穴，均稱為載流子第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體不含雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)完整本征激發(fā)（電子、空穴成對(duì)產(chǎn)生）a）T=0Kb）T>0K本征半導(dǎo)體能帶圖在熱力學(xué)溫度零度時(shí)，又不受光、電、磁等外界作用的本征半導(dǎo)體能帶圖。此時(shí)，導(dǎo)帶沒(méi)有電子，價(jià)帶也沒(méi)有空穴。因此，這時(shí)的本征半導(dǎo)體和絕緣體一樣，不能導(dǎo)電。半導(dǎo)體的禁帶寬度較小，因而在熱運(yùn)動(dòng)或其他外界因素的作用下，價(jià)帶的電子可激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，即本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電。晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的。且常溫下本征半導(dǎo)體中的電子、空穴是
7、很少的，因而本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很差的，所以它不能直接用來(lái)制造晶體管。第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體第2章光電效應(yīng)一、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)4、載流子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：載流子從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)：由于外場(chǎng)的加入（如電場(chǎng)）使載流子受力往特定方向運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在漂移作用和擴(kuò)散作用二者是一對(duì)矛盾有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)，引起漂移運(yùn)動(dòng)，而漂移運(yùn)動(dòng)又削弱了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。當(dāng)二者的作用相等時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷數(shù)目就不再增加，內(nèi)建電場(chǎng)也不再增強(qiáng)，PN結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡狀
