2014光电子复习提纲汇总.doc

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1、《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。4)费米能级的概念：P225)热

2、平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14P241)非平衡态载流子的产生、复合图1-152)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合3)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合4)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收5)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象6)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。7)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。3：施主受主对的辐射跃迁8)内光电效应

3、：表现为光电导和光生伏特效应。9)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）10)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量11)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量12)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。13)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段14)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段15)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。光束中偏振部分的光强度和整个光强度之比值称为

4、偏振度。【2】基本原理1)杂质吸收与本征吸收的光谱范围如何理解？答：（1）本征吸收区对应于价带电子吸收光子后跃迁至导带的强吸收区，它处于紫外可见光与近红外区。（2）杂质吸收因固体材料及材料中杂质各类而异。假设杂质具有浅能级（约0.01eV），这种杂质吸收仅在较低温下（使kT〈杂质电离能，k为玻尔兹曼常数〉，才能被观察到。2)半导体掺杂的目的？对半导体发光的限制作用？答：纯正的半导体是靠本征激发来产生载流子导电的，但是仅仅依靠本征激发产生的载流子数量很少，而且容易受到外界因素如温度等的影响。掺入相应的三价或五价元素则可以在本征激发外产生其他的载流子，可以大幅度的改善本征半导体的导电性。（1）为了

5、使半导体的电导率发生大的变化；因为杂质的电离能比禁带宽度要小得多，所以杂质的种类和数量对半导体的导电性能影响很大。(2)杂质能级的位置有性质不同的两类：“浅能级”和“深能级”，前者起着“陷阱”的作用，后者通常是复合能级。室温下用电子束激发GaAs发光时的相对效率与杂质浓度载流子的产生与杂质能级复合中心的平衡1)半导体本征发光中的直接跃迁与间接跃迁的定义与区别？代表材料分别是？答：（1）直接跃迁：仅涉及一个（或多个）光子的跃迁；间接跃迁涉及一个（或多个）光子，还包含声子的跃迁；（2）直接跃迁以III-V族化合物半导体以及由它们组成的三四元固溶体为主,代表材料GaAs;间接跃迁代表材料Si基发光材

6、料.2)自发发射、受激发射、受激吸收的关系？如何提高半导体的发光效率？答：（1）爱因斯坦关系：（2）吸收系数较高；直接带隙跃迁；优化杂质能级吸收与发射；根据器件设计自发辐射与受激辐射系数的比重。3)金属、半导体光电子发射光电子发射的三个步骤？答：第一步：体内电子吸收光子能量被激发跃迁到高能级第二步：被激发的电子向表面运动，运动过程中会与其它电子或晶格碰撞，失去部分能量。第三步：克服表面势垒的束缚逸出表面。1)本征光电导产生的条件？答：（1）光子能量大于该半导体的禁带宽度；（2）电子在导带中有足够的迁移率；（3）由光的辐射产生的载流子数与材料中通常可得到的自由载流子相比，是可测量出来的。【3】基

7、本计算1)金属、半导体光电子发射阈值的计算1)马吕斯定律对偏振度的计算1)单层减反膜厚的计算1)朗伯定律计算E=Icosα/R2第二部分：光电转换【1】基本概念1)光电导效应：当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子的变化，导致材料电导率的变化的现象；P732)P型光电导，N型光电导3)本征光电导，杂质光电导；器件及适用范围4)常见光电导材料：a、CdS和CdSe，低成本可见光光电导材料，