第二章 光电检测器件工作原理及特性ppt课件.ppt

《第二章 光电检测器件工作原理及特性ppt课件.ppt》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、第二章光电检测器件工作原理及特性辐射度量与光度量半导体物理基础光电检测器件的物理基础光电检测器件的特性参数2.1辐射度量和光度量一、光的基本性质波粒二象性17世纪牛顿提出光的微粒说惠更斯、杨氏和费涅尔等提出光的波动说1860年Maxwell的电磁理论建立，光也是一种电磁波电磁波的范围很广，波长从几个皮米到数千米光波波长区间约从几个纳米到1毫米左右可见光：0.38nm~0.78nm光波波速其中v是光波频率,n为介质折射率电磁理论能很好的解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和光在各向异性介质中的传播等现象。但是无法解释光的吸收、散射和色散

2、。1900年，普朗克提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦提出光量子的概念波动性光的传播量子性与物质的相互作用二、光辐射度量辐射是一种能的形式。光源一般指发光的物体。分为天然光源和人造光源。辐射能可以转换为其他形式的能量，从而可以用辐射能引起的能量或有效物理量来测量。光源的辐射特性可以用以下辐射量来表征：辐射能、辐射能密度、辐射通量、辐射出射度、辐射强度、辐射亮度、辐照度。1、辐射能Qe以辐射的形式发射、传播或接收的能量单位：焦耳（J）2、辐射能密度we光源在单位体积内的辐射能单位：焦耳/米3（J/m3）3、反射通量（辐射功率、辐射

3、能流）在单位时间内通过某一定面积的辐射能单位：瓦（W）4、辐射强度Ie从一个点光源发出的，在单位时间内单位立体角所辐射的能量单位：瓦/球面度（W/Sr)5、辐射出射度Me（辐射发射度）辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率单位：瓦/米2（W/m2)6、辐射亮度Le由辐射表面定向发射的辐射强度单位：瓦/（米2.球面度（W/（m2.Sr））7、辐照度Ee单位面积内所接收到的辐射通量单位：瓦/米2（W/m2）三、光谱辐射度量（辐射量的光谱密度）1、光谱辐射通量光源发出的光在每单位波长间隔内的辐射通量总的辐射通量（全色辐射通量）2、光谱辐射出射

4、度3、光谱辐射强度4、光谱辐射亮度5、光谱辐照度它们与总辐射度量值之间的关系：四、光度量光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。人眼的光谱敏感特性可以由光谱光视效率（视见函数）来描述。1、光通量光辐射通量对人眼所引起的视觉度值Km：最大光谱光视效能在波长555nm出，光视函数取1时，辐射度量与光度量的比值。2、发光强度I光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量单位：坎德拉cd3、光出射度M光源表面给定点处单位面积向半空间内发出的光通量单位：流明/米2lm/m24、光照度E被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量单位：勒克斯lx点光源

5、照明时的照度垂直照明时：5、光亮度光源表面一点处的面元在给定方向上的发光强度与该面元在垂直于给定发向的平面上的正投影面积之比单位：砍德拉/米2cd/m26、光量Q光通量对时间的积分辐射度量与光度量半导体物理基础光电检测器件的物理基础光电检测器件的特性参数固体材料按其电阻率分为三类：导体电阻率10-6~10-3Ω.cm绝缘体电阻率1012Ω.cm以上半导体电阻率10-3~1012Ω.cm常见半导体材料：元素半导体、化合物半导体、氧化物半导体、固熔体半导体、有机半导体、玻璃半导体、稀土半导体等。2.2半导体物理基础一、半导体的特性1、半导

6、体的电阻温度系数一般为负，对温度的变化非常敏感。2、导电性能可受微量杂质的影响而发生十分显著的变化。3、半导体的导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界作用影响而发生非常重要的变化。二、能带理论1、原子能级与晶体能级1）能级（EnergyLevel）在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。用一条条高低不同的水平线表示电子的能级2）能带（EnergyBand）原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳

7、层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。共有化使能级发生扩展，扩展后的多个相邻很近的能级统称为能带。3）禁带（ForbiddenBand）允许被电子占据的能带称为允带。允许带之间的范围不允许电子占据称为禁带。电子中是先占据原子壳层中的内层允许带，然后再向高能量的外面一层允许带填充。被电子占满的允许带称为满带。每一个能级上都没有电子的能带称为空带。4）价带（ValenceBand）原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。5）导带（ConductionBand）价带以上能量最低的

8、允许带称为导带。导带的底能级Ec价带的顶能级Ev禁带Eg=Ec-Ev6）载流子导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子(carrier)。导体中的载流子为自由电子半导体中的