半导体的光电导.doc

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1、半导体的光电导半导体的光吸收在半导体材料中产生非平衡载流子。载流子的增加必然使材料电导率增大。这种由光照引起半导体电导率增加的现象称为光电导。本征吸收引起的光电导称为本征光电导。现在讨论均匀半导体材料的光电导效应1．附加电导率2．无光照时，半导体样品的暗电导率为电子和空穴的迁移率。设光注入的非平衡载流子浓度分别为和，当电子刚被激发式中q为电子电量，为平衡载流子浓度；和分别为到导带时，同导带中热平衡电子相比较可能会有较大的能量，但通过与晶格的碰撞，在极短的时间内就以发射声子的形式释放多余的能量变成热平衡电子。因此在整个光电导过程中可以认为光生电子与热平衡电子具有相等的迁移率，

2、则光照情况下样品的电导率变为式中；附加光电导为光电导的相对值对本征光电导令则可以看出要得到相高的光电导，应使和有较小的数值，9对半导体本征吸收，；但是并不是光生电子和光生空穴都对光电导有贡献。对型其本征光电导主要来自光生空穴的贡献对型，其本征光电导主要来自于光生电子的贡献就是说，在本征光电导中，光激发的电子和空穴数是相等的，但是在它们复合消失以前，只有其中一种光生载流子（一般为多载流子）有较长的时间存在于自由状态，而另一种则往往被一些能级（陷阱）来缚住，这样，或附加电导率应为或除了本征光电导外，杂质能级上的电子或空穴受光照激发也能产生光电导，但比本征光电导弱得多。2．定态光

3、电导及其弛豫过程定态光电导是指在恒定光照下产生的光电导。因为和在一定条件是一定的，所以光电导的变化反映了光生载流子的变化。设工表示以光子数计算的光强度即单位时间通过单位面积的光子数，为样品的吸收录数，则单位时间单位体积内吸收的光能量（以光子数计）与光强成正比。为单位体积内光子的吸收率，从而电子空穴对的产生率为代表每吸收一个光子产生的电子空穴对数，称为量子产额，每吸收一个光子产生一个电子空穴对，则一般，设在某一时刻开始以强度为I的光照射半导体表面，假设除激发过程外，不存在其他任何过程，经秒时间后光生载流子浓度为9如光强保持不变，光生载流子浓度将随线性增大，如图虚线所示。但由于

4、光激发同时，还存在复合过程，因此和不可能直线上升，光生载流子浓度随时间的变化如图中曲线所示，最后达到稳定值，这时附加电导率也达到稳定值。这就是定态光电导。显然，达到定态光电导时，电子空穴的复合率等于产生率，即。设光生电子和空穴的寿命分别为和，则定态光生载流子浓度为从而定态光电导率为定态光电导率与，，和四个参数有关，其中和表征光和物质的相互作用，决定着光生载流子的激发过程。而和表征载流子与物质之间的相互作用，决定着载流子运动和非平衡载流子的复合过程。光照经过一定的时间后才能达到定态光电导；同样，当光照停止后，光电流也是逐渐消失，如图所示，这种在光照下光电导率逐渐上升和光照停止

5、后光电导率逐渐下降的现象，称为光电导的弛豫现象。在讨论弛豫过程中，采用一种载流子起作用的情况，即设（A）小注入情况设时开始光照，光强度为I，在小注入时，光生载流子寿命是定值，复合率R等于在光照过程中，的增加率应为分离变量升积分，利用起始条件，，得到在小注入情况下，光生载流子浓度即光电导率按指数规律上升，即图中曲线上升级，当时，9这就是光生载流子的空态值当光照停止后，，决定光生载流子的方程为时，停止光照。这时光生载流子浓度已达到定态，即时，解方程得指数规律下降，即为曲线的下降积，小注入情况下，光电导的上升和下降函数为上升下降两式为具有相同时间常数的指数曲线，称为弛豫时间（B）

6、强注入情况注入光强很强情况，和情况下，载流子寿命不再是固定值，而方程应改为利用起始条件：上升时下降时解上述方程得出强注入情况下，的弛豫曲线方程：上升下降在强注入情况下，光生载流子寿命是光强和时间的函数（C）光电导灵敏度及光电导增益定义：单位光照度所引起的光电导致称为光电导灵敏度一定光照下，越大，灵敏度越高9而，弛豫时间大，灵敏度提高。另一方面，大，光电导上升缓慢，即对光仪号反应慢小，光电导上升快，对光仪导反应灵敏光电导灵敏度和弛豫时间是光敏电阻的两个重要参数，实际应用中即要求灵敏度高（大），又要求弛豫时间短（小，反应快）。两者相互矛盾。同一种材料组成的光敏电阻，由于结构不同

7、，可以产生不同的光电导效果，通常用光电导增益表示光电导效应的增强。如图10-19设光敏电阻两端接电源，在外场的作用下，光生载流子（设为电子）在两电极间的定向运动形成电路中的光电流。在一定条件下，光生电子的寿命可以大大超过电子从一个电极漂移到另一个电极所需要的时间（渡越时间），这样当电子在电场作用下到达正电极时，负电极必须同时释放出一个电子，以保持样品的电中性。这种过程一直继续到光生载流子复合的发生，因此，在情况下，光敏电阻每吸收一个光子就能使许多个电子相继通过两个电极，这样电极靠近时的光电流将大于电极远离时的光电流