1.1 半导体材料的基本特性——半导体的光电性质

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1、三、半导体的光电性质光的基本性质光与原子的相互作用半导体的光电性质hm44@sina.com光的基本性质光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~62214146609.310~8.410橙622~5978.41014~0.51014610黄597~5770.51014~4.51014570绿577~4924.51014~1.61014540青492~47014144801.610~4.6101414兰470~4554.610~6.610460紫455~4006.61014~5.71014430hm44@sina.comh

2、m44@sina.com无线电波波长比可见光长得多，不能引起人的视觉，可以引起电子的振荡。由于波长很长，一个金属网笼，甚至桥梁上的钢架就可以将其阻止。微波波长范围分布从毫米到几十厘米，他们在食物里很容易被水分子吸收，可使食物迅速被加热。hm44@sina.com红外线（IR）是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。hm44@sina.com白炽灯、LED和CFL的红外热成像hm44@

3、sina.com电脑与人的热成像紫外线（UV）频率高于可见光的，不能引起视觉，对生命有危害，来自太阳的紫外线几乎被大气中的臭氧完全吸收，臭氧保护着地球的生命，少量透过大气的紫外线会晒黑皮肤或使进行日光浴的人体产生晒斑。X射线波长比紫外线还短的电磁波，它们很易穿过大多数物质。其波长可与原子尺寸相比拟。γ射线和宇宙射线波长最短，波长尺寸约为原子核大小量级；γ射线产生于核反应及其他特殊的激发过程；宇宙射线来自地球之外的空间。hm44@sina.com光与原子的相互作用自发辐射受激吸收受激辐射hm44@sina.com自发辐射•原子自发地从高能级返回到低能级并放

4、出光子的过程，E称为自发辐射2h•特点：E1.原子的跃迁是自发的、独1立的，与外界作用无关；2.光的振动方向、相位都不hvE21E一定相同，不是相干光。hm44@sina.com受激吸收•原子吸收能量为hv=E－E21的光子，从低能级E跃迁到1E高能级E的过程称为光的吸22收，又称为受激吸收。h•特点：E11.不是自发产生的，必须有外来光子的“刺激”才会产生;hvEE2.外来光子必须符合hv=E212－E的条件。1hm44@sina.com受激辐射•能量为hv的光子照射进来，电子被这一光子激发而从E2E能级跳到E能级，并发射一21个光子，称为受激辐射。h

5、h全同光子•特点：E11.受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、相位及传播hvEE方向均相同;212.具有光的放大作用。hm44@sina.com半导体的光电性质1.光吸收半导体中的光吸收是电子由较低能级跃迁到较高能级造成的。本征吸收激子吸收杂质吸收自由载流子吸收声子吸收hm44@sina.com本征吸收价带上的电子吸收光子能量后跃迁至导带引起的光吸收称为本征吸收。本征吸收的条件是入射光子能量不小于半导体的禁带宽度。直接跃迁：仅涉及光子和电子，间接跃迁：有声子参与，跃迁跃迁前后电子波矢不发生变化前后电子波矢发生变化hm44@sina.com激子吸收

6、入射光子能量小于半导体的禁带宽度时，价带上的电子离开价带同留在价带上的空穴形成一个较弱的束缚态。这个电子-空穴对组成的束缚态称为激子。杂质吸收束缚在杂质能级上的电子和空穴发生跃迁引起的光吸收称为杂质吸收。自由载流子吸收价带上的空穴或导带上的电子在其所在能带的能级间发生跃迁引起的光吸收称为自由载流子吸收。声子吸收晶格振动引起的光吸收称为声子吸收。hm44@sina.com半导体的光吸收机制hm44@sina.com半导体的吸收光谱hm44@sina.com2.光电导光的吸收产生额外的载流子（声子吸收除外），因此造成电导率的增加。由于光吸收引起的增加的电导率称为光电导

7、。光持续照射时，光生载流子的产生过程和复合过程达到动态平衡，此时光电导达到稳态。利用半导体的光电导可制作光电导器件。hm44@sina.com