《获取材料I》PPT课件

《《获取材料I》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章　信息获取材料信息功能材料5.1概述光电子材料是伴随着“光电子学”和“光电子工业”的产生而迅速发展的新型功能材料，即能够实现光电转换的一类功能材料。由于在光电子学中信息的获取、存储和处理等功能是由光子和电子联合完成的，而信息的传输则纯粹由光子完成，所以光电子材料是实现光子作为更高频率和速度的信息载体的物质基础，是制作高性能、小型化、集成化的光电子器件的原料。它主要包括光源和信息获取材料、信息传输材料、信息存储材料以及信息处理和运算材料。目前信息获取材料主要为光电信息材料，其中最主要的是光电探测器材料。5.2光电材料的物理基

2、础半导体与光的相互作用，最为典型与常见的就是光入射到半导体上时，一部分被反射，一部分被吸收或都透射过半导体。决定这些相互作用的物理基础是能带结构。决定半导体光学性质的最重要的因素——波长，在红外线、可见光的范围内，这是因为几乎所有半导体的带隙能量都处在这个波长范围内。常用光的波长约为半导体晶格常数的1000倍以上，因此半导体的光学性质可以用宏观的晶体光学中的折射率和吸收系数来表达。即电磁波（光）在半导体内传播的现象可以用Maxwell电磁方程来表示。一、半导体与光之间的相互作用1.高双折射光纤假设电磁波　　　　　　的波矢设定为　

3、　　，则介电常数可以这样表示：这样，复折射率：2.半导体和电磁波之间的相互作用光入射进半导体：入射光子的能量hv大于半导体的禁带宽度Eg时,将产生吸收。本征吸收通常指的是带间吸收。半导体本征吸收的特点是在不大的光谱范围内吸收系数突然增大。本征吸收限：吸收系数突然增至很大的光波长或频率。可以根据它来确定禁带宽度。带间吸收跃迁必须满足能量与动量守恒，且有两种跃迁：直接和间接跃迁，相应得出两种不同类型的半导体：直接带隙半导体：化合物半导体GaAs、GaSb、InP、InAs和Zn,Cr,Pb的硫化物；间接带隙半导体：Ce、Si、GaP

4、。二、半导体的光吸收1.本征吸收（1）强电场下的本征吸收夫兰茨－凯尔迪什效应：时，光子隧道效应　　能带倾斜，且：电场对吸收系数的影响比较复杂。由于Stark效应，强电场时原子发射谱线发生移动和分裂。这些能谱的间距为：2.电场、压力和温度对本征吸收的影响a为电场方向的晶格常数。（2）压力对本征吸收限的影响压力改变原子间距，从而改变禁带宽度，进而再改变本征吸收限。（应用：力敏元件）2.电场、压力和温度对本征吸收的影响（3）温度的影响能级粒子数由Fermi-Dirac分布函数决定，此函数包括温度和Fermi能级。温度也能通过改变禁带宽

5、度来改变本征吸收限。温度越高，本征吸收限越向低能量方向移动。由以下两种效应引起：一、在温度升高时，晶体膨胀，晶格原子距离增大，导致禁带宽度减小；二、温度升高，晶格振动增强，电声作用增强，从而导致允许能带的增宽和禁带宽度的减小。2.电场、压力和温度对本征吸收的影响3.激子吸收激子：如果在能量为　　的光子作用下，价带的电子受到激发但尚不能进入导带成为自由电子，即仍然受到空穴库仑场的作用，则会形成相互束缚的受激电子－空穴对，对外呈中性。这种彼此相互束缚的受激电子和空穴组成的系统称为激子。自由激子是吸收能量为　　　　　　的光子形成的。为

6、自由激子的束缚能，也是将自由激子离解为自由电子和自由空穴所需要的能量：Mτ为电子和空穴的折合质量。半导体中可以掺入等价替位式杂质，则可以形成以这个杂质为中心的等电子陷阱或等电子中心，它可以束缚激子，所需要的能量比自由激子低一些。由它所束缚的激子可以复合并发射出光子，所以这些杂质中心也称为等电子复合中心。原理：如果杂质原子位于晶格原子之上，则它的电子亲和势较大，可以先束缚一个电子，再利用库仑力吸附一个空穴。反之，则先束缚一个空穴，再吸附一个电子。总的效果就是形成等电子中心束缚的激子。4.等电子中心束缚激子吸收杂质能级分为施主能级和

7、受主能级两种。前者离导带近，后都离价带近。光子的作用可以使杂质中心电离，即光致电离，并且在吸收光谱上有所反映，但光子的能量不应小于杂质电离能。5.能带与杂质能级之间的吸收跃迁当晶体中同时存在施主杂质和受主杂质时，有一部分受主态被占，而一部分施主态空着。这时可以吸收适当能量的光子，而使电子由受主向施主跃迁。所需要的最低能量为：6.受主与施主间的吸收跃迁（1）无选择性自由载流子吸收所谓自由载流子是指那些能够在一个允许能带内自由运动并对外界的作用做出反应的载流子。它可以吸收光子，并跃迁到较高的能级。通常所说的自由载流子吸收是指载流子的

8、吸收跃迁发生在同一能带或亚能带范围之内。7.自由载流子吸收（2）有选择性自由载流子吸收除了无选择性载流子外，还可以在单调增长的吸收曲线上观察到附加的吸收带。是载流子从一个亚能带到另一个亚能带，或同能带中从一个能谷跃迁到另一个能量较高的能谷。光电效应是指物质在光的