《光电检测技术》总复习

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1、课程:光电检测原理与技术主选教材：《光电检测技术》作者：雷玉堂、王庆友主讲：徐志洁主要讲述：分五部分（48学时）一、光电检测技术基础、概论(2学时)第一章二、各类光电与电光器件(6学时)第二～五章*三、检测电路与微机接口(14学时)六～七章复习（1学时）期中考试（1学时）*四、光电变换检测技术与方法(18学时)第八～九章五、典型应用(2学时)第十章总复习（2学时）习题课：（2学时）概述：（0.5学时）一、辐射度量与光度量（0.3学时）二、半导体物理基础（1学时）三、光电效应（0.2学时）第一部分光电检测技术基

2、础（2学时）一、辐射度量与光度量（一）光辐射度量辐射是一种能的形式。它有电磁本质，又具有量子性质。辐射能及其引起的特性以能量或有效的物理量来测量。（二）光谱辐射度量为了表征辐射，不仅要知道辐射的总通量，还应知道其光谱成分。光源发出的光往往由许多波长的光组成。引入光谱辐射度量：表示单位波长间隔内的辐射度量。即在λ到λ+dλ间隔内，光谱辐射度量=辐射度量/dλ（三）光度量光度量是基于人眼视觉的光学参量，是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。光通量φ=单位：流明（lm）式中，Km为辐射度量与光度量间的比例系数，V(λ)

3、为人眼的光谱光视效率。Km=683流明/瓦，它表示在λ=555nm、V(λ)=1处，1W=683lm二、半导体物理基础（一）半导体导电特性（1）电阻温度系数一般为负，对温度很敏感。（2）导电性能因掺入微量杂质而十分显著变化。（3）导电性能受热、光、电、磁等外界的影响发生重要的变化。（二）能带理论及其类型1.原子中电子的能级（1）能带理论：原子中的电子只能处于能带的能级上，且每一个能带中都有与原子总数相适应的能级数。能级——量子态（2）泡利原理：在每一个能级上最多只能填充一个电子。根据能量最小原理，电子填充能带

4、时，总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。（三）热平衡载流子热平衡：表征宏观性质的每一参数不随时间变化f(E)：费米—狄拉克分布：电子占据某一能量状态E的几率。f(E)=1/(1+exp（E-EF)/kT）当E=EF时，f(E)=1/2当E>EF时，f(E)<1/2当E1/2电子浓度：n=N-exp(-（E--EF)/kT)空穴浓度：p=N+exp(-（EF-E+)/kT)本征半导体：n=p=ni,n·p=ni2ni=（N+N-）1/2exp（(-Eg)/2kT)（四）非平衡载流子1.

5、半导体在热平衡时，n、p恒定，即n=n0,p=p0电子和空穴相遇——复合，产生率＝复合率。2.在外界因素作用下，如受光照时，产生率>复合率，使电子、空穴数增加,n=n0+Δn,p=p0+Δp非平衡载流子：Δn、Δp3.当光照稳定时，产生率较高，复合率随Δn、Δp的增加而增加，复合率＝产生率，系统达到新的稳定状态。4.当光照停止时，产生率下降，复合率>产生率，n、p减少，复合率也下降，复合率＝产生率，n=n0,p=p0（光照前的）系统恢复到平衡状态。复合率＝Δn/τ＝Δp/τ描述复合的参数——寿命ττ的物理意义

6、：（1）Δn、Δp复合的快慢。（2）τ为Δn（或Δp）下降到原来的1/e所需的时间（3）τ为Δn（或Δp）的平均存在时间。所有Δn存在的时间总和/Δn的总数＝τ（五）载流子的运动（定向的）扩散运动：载流子浓度不均匀时，由热运动使载流子从高浓度向低浓度运动。漂移运动：载流子在外加电场的作用下的定向运动。（六）半导体对光的吸收主要掌握：1.本征吸收：从价带跃迁到导带的吸收。长波限λ0＝ch/Eg=1.24/Eg(μm)上式中Eg的单位为电子伏特（eV）1eV=1.6021892*10-19（J）2.杂质吸收：其光

7、子能量应大于或等于所需的电离能ΔEi，即杂质吸收所需光子的波长λ0＝ch/ΔEi（七）半导体的PN结计算通过PN结的电流（纯扩散电流）只能计算一种载流子（空穴）：I=Ip（xp）＋In（xp）=I0（expqV/kT－1）反向饱和电流I0=I0（T）上式为PN结的伏－安特性公式，它是分析所有PN结器件的最基本的公式。三、光电效应*外光电效应：光电子发射*光电效应光电导效应*内光电效应光生伏特效应*（势垒引起）光电扩散效应（丹倍效应）光磁电效应P.34-35光电发射的基本定律（1）斯托列托夫定律(光电发射第一定

8、律)当入射辐射的光谱分布不变时，入射辐射通量越大（携带的光子数越多），激发电子逸出光电发射体表面的数量也越多，因而发射的光电流就增加，所以光电流正比于入射辐射通量，IK=SK·ΦK（2）爱因斯坦定律（光电发射第二定律）发射体发射的光电子的最大动能，随入射光频率的增加而线性增加，而与入射光的强度无关（3）光电发射长波限（红限）根据爱因斯坦公式式中m为电子质量；为电子逸出后的最大速度；为入射光的频率；为