光电信息技术(精)ppt课件
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光电信息技术
常敏 changmin@yahoo.cn
Tel:55271048 光电学院
.
第1页
光学 Optics （古希腊）
以几何光学和物理光学为基础 ——各种光学 仪器和设备（显微镜、望远镜、照相机、经纬仪、 光谱仪）。
以电磁辐射为研究对象（黑体辐射）——以 光与物质相互作用为主要研究内容（光电效应、 光探测器、新型光源）。
.
第12页
半导体的一些电学特性
①压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生 较大的变化．
用途：制成压敏元件，接入电路，测出电 流变化，以确定压力的变化． ②热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升 高而迅速减小．
用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围 内的温度变化．
.
第13页
能带理论
价带 ：能量最高的被价电子填满 的能带 导带：价带以上的能带基本上是 空的
.
第24页
实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特性
是由所含的杂质和缺陷决定的。因此半导体分为两类：
本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体 N型半导体(掺有施主杂质原子，有额外的电子)
能隙较小
导 带(空) 价 带(满)
半导体能带
注意：半导体的能带与绝缘体的能带很相似，只不过价带和导带 之间的能隙比绝缘体的要小得多。因此，半导体是一种绝 缘体，但它们的价带和导带之间的能隙约为1eV或更小。
.
第22页
.
第23页
半导体分类
•完全纯净和结构完整的半导体称为本征 半导体。 •含有缺陷和杂质的半导体称为非本征半 导体。 •半导体的许多特性是由所含的杂质和缺 陷决定的。
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第8页
几点要求：
1. 及时和老师沟通，沟通渠道 55271048,changmin@yahoo.cn
2. 有事情提前请假 3. 遵守课堂纪律
.
第9页
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
金属能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
图1.1.1-3导体内的能带
价带内最上面的电子在外 界电场的作用下，可产生 集体运动！
钠是良导体
.
第17页
疑问：如上面的分析，那么Mg(镁)是否属于良导体呢？
3p
能带重叠
3s
2p
2s
未满带 半满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p63s2 ) 晶体能带
结论：实际上由于最高能带可能发生重叠，镁的3S电子可分布在 3S和3P能带中，因此镁应为良导体。对有些物质，它们的 原子具有满充壳层，但是在固体时由于最上面的满带和一 个空带重叠的话，便成为导体，常称这些物质为半金属。
.
第18页
半金属能带
3p
能带
重叠
3s
2p
2s
未满带 未满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶 体 能 带 3s 电子可分布在 3s 和 3p 能带中
.
第19页
绝缘体的能带
3p
3s 2p 2s 1s
绝缘体能带
导 带 (空 )
能 隙 较 大 现在考虑这样一种物质， 价 带 (满 ) 最高能带即价带是满的，
而且不与下一个全空的 能带重叠,如图所示。
考虑一种如图所示能带结构的 金属，这种能带结构可能相当 于钠(Z=11)的能级。
又如: Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1) Mg(1S22S22P63S2)
结论：具有如图所示那样能带结构的物质应为良导体， 换句话说，良导体(也称金属)是那些最高能带未 被完全填满的固体。
.
第16页
.
第10页
1.1.1能带理论 原子中电子的能级
原子核
2P
用能级表示电子绕 核运动的运动状态 2S
1S
E2激发态 E1激发态 E0基态
能带是现代物理学描写固体中原子外层电子运 动的一种图象。
.
第11页
导体,半导体,绝缘体的区别是什么？各有什么不同的用途？
导体绝缘体和半导体能带有何异同?
半导体是什么意思? 导体的导电原理 什么是半导体？ 什么叫半导体材料? 怎样知道一个物品是导体还是绝缘体? 半导体中的芯片是什么?
以前由电子方法实现的任务现在 用光学方法来完成 ——光电子技术。
.wenku.baidu.com
第4页
光子学 Photonics (1970)
关于光子的科学及其应用。描述光子 在信息传输中的应用，包括光子束的产 生、导波、偏转、调制、放大，图象处 理、存储和探测 ”。
激光——光子时代的领衔主角。
.
第5页
本课程学什么？
•介绍光电检测技术的物理基础、电光信息转 换、光电信息转换和光电测控技术的应用。
.
第2页
电子学 Electronics (1910年)
研究电子运动的各种物理过程和物理现 象并加以广泛利用的科学。
研究电波的振荡、传播，电信号的放大、 变换，频率的稳定，混合，检波等等——半 导体微电子学。
.
第3页
光电子学 Opto-electronics (1955)
光学与电子学相结合的产物。将电 子学使用的电磁波频率提高到光频， 产生电子学所不可能产生的许多新功 能。
其中能量最低的能带 禁带：价带与导带之间的区域
导带 禁带
价带
.
第14页
晶体中原子的能带
3p 3s 2p
2s
1s
原子能级
电子可以在某些整个能带内运动
3s 2p
2s
1s
结晶格能带
未填满 填满
图1.1.1-2 钠原子的能级和结晶格中的能带之比较
.
第15页
导体中的能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
结论：绝缘体最上面的价带是满的，同时和下一个空 带之间有几个电子伏特能隙的固体。
.
第20页
绝缘体能带
3p
3s
2p
2s 1s
绝缘体能带
图1.1.1-5 绝缘体
导 带 (空 ) 能隙较 大 价 带 (满 )
.
第21页
半导体的能带
现在考虑这样一种物质，该物质的最高能带 是满的，而且不与下一个全空的能带重叠。
.
第6页
课程基本情况：
• 1） 学时：授课32, • 2） 学分：2学分 • 3） 相关课程：电工与电子技术、工程光
学等
.
第7页
考核评定方式
平时+报告
报告主题：提出一个运用光电技术的方案； 报告评定原则：根据方案实现功能的新颖 性、可行性、性价比，以及参与讨论时的 情况，从而判定学生创新能力和理解掌握 本课程的程度。 报告方式：每组4-6人，PPT，演讲有加分。
常敏 changmin@yahoo.cn
Tel:55271048 光电学院
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光学 Optics （古希腊）
以几何光学和物理光学为基础 ——各种光学 仪器和设备（显微镜、望远镜、照相机、经纬仪、 光谱仪）。
以电磁辐射为研究对象（黑体辐射）——以 光与物质相互作用为主要研究内容（光电效应、 光探测器、新型光源）。
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第12页
半导体的一些电学特性
①压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生 较大的变化．
用途：制成压敏元件，接入电路，测出电 流变化，以确定压力的变化． ②热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升 高而迅速减小．
用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围 内的温度变化．
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能带理论
价带 ：能量最高的被价电子填满 的能带 导带：价带以上的能带基本上是 空的
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第24页
实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特性
是由所含的杂质和缺陷决定的。因此半导体分为两类：
本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体 N型半导体(掺有施主杂质原子，有额外的电子)
能隙较小
导 带(空) 价 带(满)
半导体能带
注意：半导体的能带与绝缘体的能带很相似，只不过价带和导带 之间的能隙比绝缘体的要小得多。因此，半导体是一种绝 缘体，但它们的价带和导带之间的能隙约为1eV或更小。
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第22页
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半导体分类
•完全纯净和结构完整的半导体称为本征 半导体。 •含有缺陷和杂质的半导体称为非本征半 导体。 •半导体的许多特性是由所含的杂质和缺 陷决定的。
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第8页
几点要求：
1. 及时和老师沟通，沟通渠道 55271048,changmin@yahoo.cn
2. 有事情提前请假 3. 遵守课堂纪律
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第9页
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
金属能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
图1.1.1-3导体内的能带
价带内最上面的电子在外 界电场的作用下，可产生 集体运动！
钠是良导体
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第17页
疑问：如上面的分析，那么Mg(镁)是否属于良导体呢？
3p
能带重叠
3s
2p
2s
未满带 半满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p63s2 ) 晶体能带
结论：实际上由于最高能带可能发生重叠，镁的3S电子可分布在 3S和3P能带中，因此镁应为良导体。对有些物质，它们的 原子具有满充壳层，但是在固体时由于最上面的满带和一 个空带重叠的话，便成为导体，常称这些物质为半金属。
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第18页
半金属能带
3p
能带
重叠
3s
2p
2s
未满带 未满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶 体 能 带 3s 电子可分布在 3s 和 3p 能带中
.
第19页
绝缘体的能带
3p
3s 2p 2s 1s
绝缘体能带
导 带 (空 )
能 隙 较 大 现在考虑这样一种物质， 价 带 (满 ) 最高能带即价带是满的，
而且不与下一个全空的 能带重叠,如图所示。
考虑一种如图所示能带结构的 金属，这种能带结构可能相当 于钠(Z=11)的能级。
又如: Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1) Mg(1S22S22P63S2)
结论：具有如图所示那样能带结构的物质应为良导体， 换句话说，良导体(也称金属)是那些最高能带未 被完全填满的固体。
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第16页
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第10页
1.1.1能带理论 原子中电子的能级
原子核
2P
用能级表示电子绕 核运动的运动状态 2S
1S
E2激发态 E1激发态 E0基态
能带是现代物理学描写固体中原子外层电子运 动的一种图象。
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第11页
导体,半导体,绝缘体的区别是什么？各有什么不同的用途？
导体绝缘体和半导体能带有何异同?
半导体是什么意思? 导体的导电原理 什么是半导体？ 什么叫半导体材料? 怎样知道一个物品是导体还是绝缘体? 半导体中的芯片是什么?
以前由电子方法实现的任务现在 用光学方法来完成 ——光电子技术。
.wenku.baidu.com
第4页
光子学 Photonics (1970)
关于光子的科学及其应用。描述光子 在信息传输中的应用，包括光子束的产 生、导波、偏转、调制、放大，图象处 理、存储和探测 ”。
激光——光子时代的领衔主角。
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第5页
本课程学什么？
•介绍光电检测技术的物理基础、电光信息转 换、光电信息转换和光电测控技术的应用。
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第2页
电子学 Electronics (1910年)
研究电子运动的各种物理过程和物理现 象并加以广泛利用的科学。
研究电波的振荡、传播，电信号的放大、 变换，频率的稳定，混合，检波等等——半 导体微电子学。
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第3页
光电子学 Opto-electronics (1955)
光学与电子学相结合的产物。将电 子学使用的电磁波频率提高到光频， 产生电子学所不可能产生的许多新功 能。
其中能量最低的能带 禁带：价带与导带之间的区域
导带 禁带
价带
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第14页
晶体中原子的能带
3p 3s 2p
2s
1s
原子能级
电子可以在某些整个能带内运动
3s 2p
2s
1s
结晶格能带
未填满 填满
图1.1.1-2 钠原子的能级和结晶格中的能带之比较
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第15页
导体中的能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
结论：绝缘体最上面的价带是满的，同时和下一个空 带之间有几个电子伏特能隙的固体。
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绝缘体能带
3p
3s
2p
2s 1s
绝缘体能带
图1.1.1-5 绝缘体
导 带 (空 ) 能隙较 大 价 带 (满 )
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第21页
半导体的能带
现在考虑这样一种物质，该物质的最高能带 是满的，而且不与下一个全空的能带重叠。
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课程基本情况：
• 1） 学时：授课32, • 2） 学分：2学分 • 3） 相关课程：电工与电子技术、工程光
学等
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考核评定方式
平时+报告
报告主题：提出一个运用光电技术的方案； 报告评定原则：根据方案实现功能的新颖 性、可行性、性价比，以及参与讨论时的 情况，从而判定学生创新能力和理解掌握 本课程的程度。 报告方式：每组4-6人，PPT，演讲有加分。