zm2011)光电探测器的物理基础

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1、第二章光电探测器的物理基础华中科技大学光电探测与信号处理1第二章光电探测器的物理基础教学内容课内学时课外学时2.1半导体物理基础2.2光电效应和热电效应2h2h2.3光辐射与度量2.4常用光源2.5光电探测器的特性参数2.6光电探测器的噪声4h4h22.1半导体物理基础3一．本征半导体我们将第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和第IV族等价的化合物（GaAs、GaN等），且掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本征半导体（intrinsicsemiconductor)456二．杂质半

2、导体（Extrinsicsemiconductor）7(donor)89（acceptor）101112能带：一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带，称为能带允许带：允许被电子占据的能带。允许带之间的范围是不允许电子占据的。这一范围称为禁带。价带：价电子所占据能带。价带可能被填满，也可能不被填满。填满的能带称为满带．导带：部分被电子占据的能带。二．能带（涉及“半导体光电子学”知识）13本征半导体N型半导体P型半导体半导体能带图在半导体中，电子获取势能后从价带跃迁到导带，导带中出现自由电子，价

3、带中出现自由空穴。14ECECECECEdEdEVEVEVEVEFiEFiEFiEFiEFnEFnEFpEFpEaEa（a）p型重掺杂（a）p型轻掺杂（a）n型轻掺杂（a）n型重掺杂不同掺杂情况下费米能级的位置15三．PN结的形成及特性16（drift）（diffusion）17(depletionlayer＆potentialbarrier)1819202122232425（Zener）（avalanche）26·1.在绝对零度（0K）时，本征半导体中_________载流子。A.有B.没有C.少数D

4、.多数·2.在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。A.负离子B.空穴C.正离子D.电子-空穴对·3.半导体中的载流子为_________。A.电子B.空穴C.正离子D.电子和空穴·4.N型半导体中的多子是_________。A.电子B.空穴C.正离子D.负离子·5.P型半导体中的多子是_________。A.电子B.空穴C.正离子D.负离子·6.在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于_________。A.温度B.掺杂工艺C.杂质浓度D.晶体缺陷·7.在杂质半导

5、体中，少数载流子的浓度主要取决于_________。A.温度B.掺杂工艺C.杂质浓度D.晶体缺陷·8.在下列说法中只有_________说法是正确的。A. P型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。B.在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为P型半导体。C.P型半导体带正电，N型半导体带负电。D.PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。·9.在下列说法中只有_________说法是正确的。漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。B.由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结

6、两端短路时就有电流流过。C.PN结方程可以描述PN结的正向特性和反向特性，也可以描述PN结的反向击穿特性。·10.当PN结外加正向电压时，扩散电流_________漂移电流。A.大于B.小于C.等与·11.当PN结外加反向电压时，扩散电流_________漂移电流。A.大于B.小于C.等于思考题27答案BDDABCABAAB282.2光电效应和热电效应29光子直接与物质中的电子作用，引起电子运动状态的改变，从而使物体的电学性质改变。一．光电效应内光电效应：被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质

7、内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。外光电效应被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象.30（1）光电导效应光电导效应可分为本征光电导效应与非本征（杂质）光电导效应两种：本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带产生本征吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴，从而使半导体的电导率发生变化。这种在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象称为本征光电导效应。非本征半导体中杂质能级上的束缚态电子（n型）或空穴（p型）吸收光子能量而产生光生载流子，从而使半导

8、体的电导率发生变化。这种现象称为非本征光电导效应。光辐射－载流子－电导率变化1.内光电效应31光电导效应32本征光电导的长波限（截止波长）或非本征光电导的长波限（截止波长）或Eg为本征半导体的禁带宽度Ei为杂质电离能通常，Ei<