光电导效应光生伏特效应

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光电式传感器原理与应用

光电式传感器原理与应用光电效应与光电器件一、光电效应光电效应可以分为以下三种类型：(1)外光电效应(2)光电导效应(3)光生伏特效应.(1)外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫外光电效应。

只有当光子能量大于逸出功时，即时，才有电子发射出来，即有光电效应，当光子的能量等于逸出功时，即时，逸出的电子初速度为0，此时光子的频率为该物质产生外光电效应的最低频率，称为红限频率。

利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。

(2)光电导效应.在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。

.由于这里没有电子自物体向外发射，仅改变物体内部的电阻或电导，有时也称为内光电效应。

与外光电效应一样，要产生光电导效应，也要受到红限频率限制。

利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。

(3)光生伏特效应.在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。

.利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。

二、光电器件的特性(1)光电流光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为光电流。

(2)暗电流光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为暗电流。

(3)光照特性当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为光照特性。

一般可表示为。

(4)光谱特性.当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系，称为光谱特性。

.光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。

在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。

(5)伏安特性在一定照度下，光电流I与光敏元件两端的电压U的关系称为伏安特性。

光电效应与光伏电池

1.光电效应简介
❖ 内光电效应：光照射到半导体材料上激发出电子-空穴对而使半导体产了产生的电效应。内光电效应可分为光电导效应、光生伏特效应。
§光电导效应是指光照射下半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态
过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。其应用为光敏电阻。
§光生伏特效应是指光照射下物体内产生一定方向的电动势的现象。其
光伏效应的基本原理
❖ 本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体。其原子的排列处于非常整
齐的状态，在一定条件下少数电子可能挣脱束缚而形成电子载流子n0，同时留下带正电的空位(空穴hole)p0，且浓度n0=p0。在本征半导体中载流子的总数仍然不能满足导电性的需要，所以本征半导体实际用处不大。常见的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
光伏效应的基本光伏原效理应photovoltaic
当光照射p-n结上时，如果入射电子的能量大于半导体材料的禁带宽度(Eg)，就会在半导体内产生大量的自由载流子-空穴和电子。它们在p-n结内建电场的作用下，空穴往 p-区移动，使p-区获得附加正电荷；而电子往n-型区移动， n-区获得负电荷，产生一个光生电动势，这就是光伏效应 (光生伏打效应)。当用导线连接p-型区和n-型区时，就会形成电流.
阳电池的发展历程(类型)
单晶硅太阳电池块状多晶硅太阳电池
第一代太阳电池Silicon based
多晶硅薄膜太阳电池
非晶硅薄膜太阳电池
第二代太阳电池thin films
薄膜多元化合物太阳电池
有机化合物太阳电池无机/有机杂化太阳电池
染料敏化太阳电池叠层太阳电池
量子点太阳电池热载流子太阳电池
多能带太阳电池热光伏太阳电池

光电技术基础第三章光电效应

λ0 =
hc 1.24 = ( µm) Eg Eg
2、杂质半导体的光电导效应杂质半导体的
N型光电导体，主要是光子激发施主能级中的电子型光电导体，跃迁到导带中去，电子为主要载流子。跃迁到导带中去，电子为主要载流子。型光电导体， P型光电导体，主要是光子激发价带中的电子跃迁到受主能级，与受主能级中的空穴复合，到受主能级，与受主能级中的空穴复合，而在价带中留有空穴，作为主要载流子参加导电。中留有空穴，作为主要载流子参加导电。只要光子能量满足 hν ≥ Ei 就能激发出光生载流子。式中：称为电离能。型光电导体，式中： Ei 称为电离能。对 N 型光电导体，其值为导带能级E 与施主能级E 能量差；型光电导体，带能级Ec与施主能级ED的能量差；对P型光电导体，其值为受主能级E 与价带能级E 的能量差其值为受主能级EA与价带能级Ev的能量差。相应的杂质光电导体的长波限为相应的杂质光电导体的长波限为 λ0 = hc = 1.24 ( µm)
0
y
⊙
⊙ Ｈ
x
外光电效应
光电子发射
1、光电发射原理
具有能量hν的光子被物质（具有能量hν的光子，被物质（金属或半导的光子，吸收后激发出自由电子，体）吸收后激发出自由电子，当自由电子的能量足以克服物质表面势垒并逸出物质的表面时，就会产生光电子发射，的表面时，就会产生光电子发射，逸出电子在外电场作用下形成光电子流。子在外电场作用下形成光电子流。这就是物质的光电发射现象。物质的光电发射现象。光电发射现象又叫做外光电效应。做外光电效应。可以发射电子的物质称为光电发射体光电发射体。可以发射电子的物质称为光电发射体。
内光电效应
内光电效应是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。这种效应多发生于半导体内。表面。这种效应多发生于半导体内。内光电效应又可分为光电导效应、电效应又可分为光电导效应、光生伏特效丹倍效应和光磁电效应等。应、丹倍效应和光磁电效应等。

光电效应、光电导效应、光生伏特效应的内容与关系

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半导体的光电效应

本征半导体光电导效应图
讨论光电探测器的一般步骤：定性分析：工作原理定量计算：
性能分析：灵敏度，光谱响应特性，线性关系等
光电导效应
当入射光功率为
为常数时：
用来产生光电效应的光功率:
产生非平衡载流子的光子数：
响应时间：
探测器的主要参数
关于响应时间积分得到：同样停止光照时：频率响应：
线性
线性：指探测器的输出光电流或光电压与入射光功率的成比例的程度，其与工作状态有关
v
I
光敏二极管伏安特性
R
P
N
在作线性光电池时，R的取值问题
探测器主要参数的测试
光谱响应率函数的测试标准探测器法：通过比较被测探测器与标准探测器在每一波长上的响应，来确定被测探测器的光谱响应函数
光子噪声：信号辐射产生的噪声与背景噪声探测器噪声：热噪声，散粒噪声，产生与复合噪声，温度噪声，1/f噪声
噪声的分类：随机的噪声，其功率与频率无关（白噪声）与频率有关的1/f噪声
1/f噪声
白噪声
f
S(f)
噪声的主导地位：在低频时， 1/f噪声起主导作用在中频时，产生复合噪声起主导作用在高频时，白噪声起主导作用噪声的克服
考察其瞬态过程：
光电导效应积分得到：同样停止光照时：频率响应：
光电导效应
光谱响应：探测器的输出与输入光波长的关系
注意条件：
理想情况
实际情况
光生伏特效应
光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
产生机制：光生载流子的浓度梯度光电磁效应势垒效应（PN结）
02
半导体光电导器件是利用半导体材料的光电效应制成的光电探测器件。其最典型的器件是光明电阻。光明电阻的特点：

光电效应的类型

光电效应的类型
嘿，朋友们！今天咱来聊聊光电效应的那些事儿。

你说光电效应像啥呢？就好比是一场奇妙的“光与电子的舞蹈”。

光啊，就像个调皮的指挥家，用它独特的节奏指挥着电子们跳动起来。

光电效应有外光电效应和内光电效应之分呢。

外光电效应呀，就像是电子们听到了光的召唤，“嗖”地一下就跑出去啦！你看那光电管，就是利用外光电效应来工作的。

想象一下，光一照过来，电子就迫不及待地冲出来，多有意思呀！
内光电效应呢，又分成光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应就好像是光给电子们打开了一道神奇的门，让它们能更顺畅地流动起来，从而改变了材料的电导。

这就像是原本堵塞的道路，被光这么一照，一下子就通畅啦！
而光生伏特效应呢，就更神奇啦！就像是光给电子们注入了一股神奇的力量，让它们产生了电压。

太阳能电池不就是利用这个原理嘛！太阳光照过来，电子们就开始努力工作，产生电能，给我们的生活带来便利。

咱再想想，要是没有光电效应，那我们的生活得失去多少乐趣和便利呀！没有光电管，那些精密的测量仪器可怎么办？没有太阳能电池，我们怎么享受清洁的能源呢？
光电效应可不是孤立存在的哦，它和我们的生活息息相关。

就像我们每天都离不开阳光一样，光电效应也在默默地为我们服务着。

所以呀，可别小看了这光电效应。

它就像一个隐藏在科学世界里的小宝藏，等待着我们去发现和利用。

下次当你看到光电管或者太阳能电池的时候，可别忘了想想这背后神奇的光电效应哦！它真的是太奇妙啦，不是吗？光电效应，就是这样一个充满魅力和神奇的存在呀！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。

第三章光生伏特器件2-1介绍

其中的小实箭际头上表，示不正是向不电能流加的正方向向电（压普，通只整是流正二极管中规定的正方接向以）后，就光与电普流通的二方极向管与一之样相，反只。有图单中向的前极为光照面，后导极电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性背，光而面表。现不出它的光电效应。
2、光电二极管的电流方程
在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样，如图3-2所示。其电流方程为
限制PN结硅光电二极管时间响应的主要因素。
另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻 RL构成的时间常数τRC，τRC为
PN结电容由势垒电R容C Cc b和j(扩Ri散电R 容L)Cd组成。（3-5）
普电势负垒离容通电子CP容，Nj常各C结为b具是硅几有由光一个空电定间P二的f电，电荷极在量区管负。引的当载起管外的电加芯。阻反空内R向间阻L低电电R压荷于i约变区5大为0内0时有2Ω5，不时0空能Ω，间移，时电动P荷间的N区正结常数变宽也，在存n储s的数电量荷级量。增但加；是当，外当加负反载向电电压阻变R小L很时，大空时间，电时荷区间变常
•与光电池相比：
共同点：均为一个PN结，利用光生伏特效应， SiO2保护膜
不同点：（1）结面积比光电池的小，频率特性好
（2）常在反偏压下工作（3）衬底材料的掺杂浓度不同，光电池高
•国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为 2CU和2DU两种系列。
光电二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N型硅为衬底的2CU型两种结构形式。图3-1（a）所示的为2DU型光电二极管的原理结构图。图3-1（b）为光电二极管的工作原理图图3-1（c）所示为光电二极管的电路符号
PIN型光电二极管
为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN 结外光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型层，构成如图3-6（a）所示的PIN结构光电二极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外形上没有什么区别，都如图3-6（b）所示。

光生伏打效应和光生伏特效应

光生伏打效应和光生伏特效应光生伏打效应和光生伏特效应是现代物理学中的两项基础研究课题，也是许多其他学科领域的研究重点。

本文将着重讨论这两种现象的原理、应用与未来发展。

一、光生伏打效应光生伏打效应，也称为外光电效应或基表面光电效应，是指在光照射下，电子从金属表面逸出的现象。

它是物理学家继电磁感应和静电场效应之后第三个证实光具有电磁波特性的实验，也是光子（光子被视为光量子）概念确定的重大事件之一。

1905年，爱因斯坦以黑体辐射理论为基础，提出了光子假说，认为光以粒子的形式存在。

他进一步认为，金属表面吸收一定能量的光粒子后，可将其转化为能够逸出金属表面的电子，并推导出与实验结果一致的公式：eV=hν-φ，其中，e是电量，V是逸出电子的动能，h是普朗克常数，ν为三分之二级的光频率，φ为金属的逸出功。

该公式被称为“爱因斯坦光电效应方程”，为电量子力学的重要基石之一。

光生伏打效应的原理是基于光电子最基本的性质——光能将电子从原子或分子系统中释放出来。

当光子与金属接触时，由于光的能量足以克服金属电子的束缚力（逸出功），这些电子便从金属表面逸出，以高动能的形式离开金属表面。

当金属表面被光子照射时，它吸收光能，将其转化为电子的动能，从而使得光对电荷的影响明显。

这种现象在光电热转换、太阳电池等领域中有着广泛应用。

二、光生伏特效应光生伏特效应是在半导体器件中产生的另一个重要现象。

它是指在半导体器件中，当受到光照射时，电场将电子从其价带透射到导带的现象。

与光生伏打效应不同，光生伏特效应需要光子的能量大于半导体带隙，才可将电子和空穴助成载流子，并且在半导体中，该现象具有迅猛性、高效性和高精度性等特点。

半导体器件是现代电子元器件的基础之一，它已经广泛应用于各个领域，如物联网、光电通讯、集成电路等。

但半导体材料的研究和制备也存在很多困难。

为了充分发挥半导体材料的电学性能，科学家们研究出了多种制备方法和工艺流程，包括薄膜制备、前驱体制备、微纳加工等。

光电效应的概念

光电效应的概念光电效应的概念：光电效应是指在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电。

其分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应。

前一种现象发生在物体表面，称外光电效应；后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。

这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。

前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应（photoelectric emission）。

后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

按照粒毕差谨子说，光是由一份一份不连续的光子组成，当某一光子照射到对光灵敏的物质(如硒)上时，它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。

电子吸收光子的能量后，动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力，就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子，形成光电流。

单位时间内，入射光子的数量愈大，飞逸出的光电子就愈多，光电流也就愈强，这种由光能变成电能自动放电的现象，就叫光电效应。

光电效应说明了光具有粒子性。

相对应的，光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。

只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即庆乱就会逸出光电子，发生光电效应。

当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。

在入射光一定时手基，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。

但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值就是饱和电流。

所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，电流也随之增大。

光电检测作业题

光电检测考试题第一章光电检测应用中的基础知识1、分别解释光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应。

答：（1）光电导效应：当半导体材料受到光照时，由于吸收光子使其中的载流子浓度增大，导致材料的电导率增大。

（2）光生伏特效应：在PN结光伏器件中，当光投向P区时，在近表面层内激发出电子-空穴对，其中电子将扩散到PN 结区并被结电场拉到N区，同时空穴将进入P区，若P层的厚度小于电子的扩散长度，光子也可能穿透P区到达N区，激发出电子-空穴对，这些光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边参生势垒。

（3）光电发射效应：也称外光电效应，就是在光的作用下，物体内部的电子逸出物体表面向外表发射的现象。

2、光电探测器特性参数有哪些。

答：①响应率②光谱响应率③等效噪声率④探测率与比探测率⑤时间常数⑥线性⑦量子效率3、光电探测系统的噪声有哪几类。

答：可分三类：（1）光子噪声：①信号辐射产生的噪声②背景辐射产生的噪声；（2）探测器噪声：①热噪声②散粒噪声③产生-复合噪声④1/f噪声⑤温度噪声；（3）信号放大及处理电路噪声；4、光辐射探测器的几种噪声，并分别解释。

答：①热噪声：载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏；②散粒噪声：随机起伏所形成的噪声；③产生-复合噪声：在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中出现产生-复合噪声；④1/f噪声：噪声的功率谱近似与频率成反比；⑤温度噪声：由于器件本身温度变化引起的噪声。

5、如何合理选择光电探测器。

答：①根据待测光信号的大小，确定探测器的动态范围；②探测器和光源的光谱匹配；③须知道探测器的等效噪声功率，所产生电信号的信噪比；④测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围；⑤当测量的光信号幅值变化时，探测输出信号线性程度。

除此之外，还需考虑其稳定性、测量精度、测量方式等因素。

6、光电效应分为哪几种，分别解释。

答：光电效应分为内光电效应和外光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电效应

电探测器件，这些器件统称为光电发射器件。
光电发射器件具有许多不同于内光电器件的特点：
1. 电发射器件中的导电电子可以在真空中运动，因此，可以通
过电场加速电子运动的动能，或通过电子的内倍增系统提高光电探
测灵敏度，使它能高速度地探测极其微弱的光信号，成为像增强器
与变相器技术的基本元件。 2. 很容易制造出均匀的大面积光电发射器件，这在光电成像器件方面非常有利。一般真空光电成像器件的空间分辨率要高于半导体光电图像传感器。
生电流的现象。
p Bh+
n As+
(a)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
e–
M etallurgical Junction
耗尽区
M E (x)
M
Neutral p-region
Eo
Neutral n-region
朩p
0
Wn
x
(e)
内建电场
M log(n), log(p) p po Wp Wn
(b)
Eo V(x)
Space charge region
下，将产生高密度的电子与空穴载流子，而遮蔽区的载
流子浓度很低，形成浓度差。这种由于载流子迁移率
的差别产生受照面与遮
光面之间的伏特现象称为丹培效应。
丹培效应产生的光生电压可由下式计算
KT n p n p n0 ln1 UD n p q n p 0 n 0 p
3. 光电发射器件需要高稳定的高压直流电源设备，使得整个探
测器体积庞大，功率损耗大，不适用于野外操作，造价也昂贵。 4. 光电发射器件的光谱响应范围一般不如半导体光电器件宽。
习题

不同形式的光电效应

光电效应是指当光照射到一种物质上时，会使这种物质产生电流。

光电效应有两种形式：直接光电效应和间接光电效应。

直接光电效应是指当光照射到一种半导体材料上时，会使这种材料产生电流。

这种光电效应是由于半导体材料的特殊电子结构所致。

间接光电效应是指当光照射到一种物质上时，会使这种物质产生电流。

这种光电效应是由于光照射所产生的热能而致。

此外，光电效应还可以分为内光电效应和外光电效应。

内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

外光电效应亦称为光电子发射效应。

扩展资料：
利用光电效应进行太阳能电池的设计，主要从以下几方面考虑：•材料选择与设计：
o有机半导体材料应该具有广泛的吸收光谱范围，以便最大程度地捕获太阳光的能量。

o材料的电荷传输性能至关重要，设计材料的分子结构，以促进电子和空穴的迁移，是一种关键方法。

o材料的能级结构应与电子给体和电子受体之间的能级对齐，以便实现高效的电荷分离和传输。

o研究人员需要考虑材料的稳定性，包括对光照、湿气和氧化等外部环境条件的抵抗力，稳定性改进可以通过材料的合成和化学修饰来实现。

o共混材料是由两种或更多种不同的有机半导体材料混合而成，以提高光吸收和电荷分离的效率。

通过调整不同材料的比例，可以优化电池的性能。

•界面工程：
o电池中的界面层（例如电子传输层和空穴传输层）的选择和设计对电荷分离和电流传输也至关重要。

合适的界面工程可以减小电荷复合并提高电子和空穴的抽运效率。

光伏效应和光电效应的异同

光电效应和光伏效应的区别光电效应是指光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能的这类光致电变的现象。

光电效应分为外光电效应和内光电效应。

外光电效应是指在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。

又叫光电发射效应。

内光电效应指光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。

分为光电导效应和光生伏特效应（即光伏效应）。

光电导效应是在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。

即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。

光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

因此说，光电效应和光伏效应区别是很大的：
第一，从定义上来说，光电效应其实是光伏效应的前提，光伏效应是光电效应作用于半导体这一特殊场所，从而产生了电势差。

第二，材料上，产生光伏效应的材料只能是半导体，而光电发射效应材料可以是金属。

第三，光伏效应是少数载流子过程，是半导体中少数载流子吸收光子后在PN结两端产生电势差，而光电发射效应你是半导体或金属在光子激励下辐射出自由电子，并且克服表面势垒后逸出表面向外发
射电子。

第四，光伏效应中载流子不能离开材料，后者可以离开材料。

第五，前者对于光谱有一定的吸收谱并且与光强有关，而后者存在截止波长电子逸出速度与光强无关，只有频率有关。

以上即是光电效应和光伏效应的区别。

光电子技术

•
若 Eg≤hv≤Eg+EA，光子能量后只能克服禁带能量跃入导带，而没有足够能量克服电子亲和势逸入真空。
EA
Ec
Ef
Ev
阈值波长
•
•
hv hc

Eth
或
或
hc

W
max
hc E th
max
hc W
式中：h=4.13×1015 eV· 普朗克常数； s c=3×1014 m/s，光速 max 1.24 / Eth 或 max 1.24 / W (m) • 0.4~0.7 m的光子能量为 3.1~1.8 eV，
杂质半导体的载流子
N型半导体
P型半导体
内建电场的建立
• p-n结区存在载流子浓度梯度，导致空穴从p区到n区和电子从 n区到p区的扩散运动。 • p区空穴扩散后，留下带负电的电离受主；n区，电子扩散后，留下带正电的电离施主。 • 正负离子在结区附近形成空间电荷区，称耗尽区。内建电场（结电场）由n区指向p区的。 • 在内建电场作用下，载流子出现漂移运动，方向与扩散运动相反，起着阻止扩散的作用。
2 i n 2qIf
式中 q：电子电量；I：电流的平均值；Δ f：带宽散粒噪声也是与频率无关，与带宽有关的白噪声。
产生—复合噪声与1/f噪声
• 产生—复合噪声
I 平均电流；N0 总自由载流子数；τ • 1/f噪声
2 n
4 I 2f i N 0 1 (2f ) 2
载流子寿命
背景目标光学系统探测器前放信号处理显示
光子噪声
探测器噪声
信号放大及处理电路噪声
光电探测器噪声源
• 热噪声式中由导体和半导体中载流子的热运动引起

光电导效应光生伏特效应PPT课件

作用下Sg与材料性质有关
在设计光敏电阻时要充分考虑材料及
结构的要求！
第27页/共58页
§2.4 光电效应
b. 强辐射作用下： n>>ni、 p >>pi， n = p
dn dt
N e
Ne
k f (np
k f (n)2
ni p
npi
)
t=0，n=0
n
N
(
e
1
)2
tanh
t
kf
1
k f Ne
光辐射量
光电探测器
物理基础
电量、热量等
光电效应
光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化。
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§2.4 光电效应
➢ 光电效应类型：
光电效应
光子效应
外光电效应
光电发射效应光电倍增效应
内光电效应
光电导效应光伏效应光电磁效应丹培效应
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光热效应
温差电效益热释电效应
式中，i为光生载流子所形成的外部光电流 N为光辐射每秒激发的电子空穴对数目
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§2.4 光电效应
由图可知，光照射到半导体上产
生的光电流
i U bd U A
L
L
enn ep p
光
本征半导体样品 L
d b
A
在光辐射下，n=n0+n ， p=p0+p， = 0+
enn ep p
知光致电导率的变化量： en
则光电导为：
Gp
G
S L
bd L
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§2.4 光电效应
a. 弱辐射作用下：

简述光生伏特效应

简述光生伏特效应
光生伏特效应是指当光照射到半导体材料表面时，由于光的能量被吸收，会导致电子从半导体的价带跃迁到导带，形成光生电子-空穴对。

这些光生电子-空穴对可以产生电流，从而产生
光生电压。

光生伏特效应是光电效应的一种特殊形式，只发生在半导体材料中。

它与常见的金属光电效应不同，金属中的电子被光激发后直接释放出来，并不形成电子-空穴对。

光生伏特效应在太阳能电池等光电器件中起着重要作用。

当太阳光照射到太阳能电池的半导体材料表面时，光生伏特效应使得光生电子-空穴对形成电流流动，从而转化为电能。

太阳能
电池利用了光生伏特效应的特性，将光能转化为可用的电能。

光生伏特效应的产生与材料的电子结构有关，半导体材料中的电子在价带中需要克服带隙的能量才能跃迁到导带中。

光子的能量与频率相关，当光子的能量大于半导体材料带隙的能量时，光子被吸收并产生光生电子-空穴对。

因此，带隙大小也决定
了半导体材料对不同波长光的吸收情况。

总之，光生伏特效应是光照射到半导体材料表面时产生的一种现象，其中光生电子-空穴对形成电流流动，从而转化为电能，应用于太阳能电池等光电器件中。

简述外光电效应,内光电效应,光生伏特效应

光电效应是指物质在光照射下发生的电子的发射或者电子和正空穴对的形成现象。

光电效应是由于光子能量的吸收而产生的电子激发现象，是一种光与物质相互作用的基本过程。

光电效应主要有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。

一、外光电效应1. 外光电效应是指当光线照射在金属或其他导体的表面上，使得金属表面电子呈现出逸出的现象。

外光电效应是由光子能量将金属表面电子激发出金属而引起的。

2. 外光电效应的条件是光子的能量大于金属的功函数值，才能将金属内的电子激发出来。

外光电效应不受外界电场的影响，而且随着光强的增大，逸出的电子速度也会增大。

二、内光电效应1. 内光电效应是指当光线射入半导体或绝缘体时，在其内部也会出现一些电子空穴对，这种现象称为内光电效应。

2. 内光电效应的条件是光子能量大于材料的带隙宽度，才能发生内光电效应。

内光电效应的特点是光子能量小于带隙宽度时，材料内部产生的电子空穴对会很少。

3. 内光电效应的影响是可以通过内光电效应来传输信息和能量，因而在半导体光电器件中有着重要的应用。

三、光生伏特效应1. 光生伏特效应是指当光线穿过PN结时，使PN结两侧出现电势差和电场分布的变化，这种现象称为光生伏特效应。

2. 光生伏特效应的主要原因是光生载流子因电场的影响而发生漂移或扩散，从而在PN结两侧产生电势差。

光生伏特效应是光电二极管和太阳能电池等器件的工作原理基础。

3. 光生伏特效应对于太阳能电池来说具有重要的意义，可以充分利用光能转化为电能的效应，是太阳能电池高效率能源转换的重要物理基础。

在总结一下：- 外光电效应主要发生在金属或导体表面，是光子能量将金属表面电子激发出金属而引起的。

- 内光电效应主要发生在半导体或绝缘体中，是光子能量激发材料内部电子空穴对的现象。

- 光生伏特效应主要发生在PN结中，是光生载流子因电场的影响而产生电势差的现象。

通过对光电效应三种形式的了解，可以更深入地了解光与物质之间的相互作用，为相关器件与技术的研发和应用提供了重要的理论基础。

第二章光电检测器件工作原理及特性

极到阳极的电子数都在一个平均值上下起伏。这种起伏引起的均方噪声电流为：？=2qIDCΔf 其中IDC为流过器件电流的直流分量（平均值）,q为电子电荷，
散粒噪声也属于白噪声。
8、信噪比（S/N）：
信噪比是判断噪声大小通常使用的参数。它是在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率比。 S/N=PS/PN=IS2RL/IN2RL=IS2/IN2 用分贝（dB）表示：（S/N)dB=10lg(IS2/IN2)=20lg(IS/IN)
原子的束缚态电子吸收光子能量并被激发为传导态自由电子，引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。属于内光电效应。
包括：
本征和非本征两种，对应本征和杂质半导体材料。
1、本征光电导效应本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。
即：光子能量hv大于材料禁带宽度E 即：光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激光出电子空穴对，使材料产生光电导效应。针对本征半导体材料。即： hv>Eg 即存在截止波长：λ 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。基本概念：基本概念： 1、稳态光电流：稳定均匀光照、稳态光电流： 3、亮电导率和亮电流、 2、暗电导率和暗电流、 4、光电导和光电流、
的晶体，原因是内部电偶极矩不为零，表面感应束缚电荷。
_ _ _ _ _ _ _ _ _
P(T2)
P(T1)
-
-
-
-
-
-
工作温度T1（左）和工作温度T2>T1（右）
极化晶体表面束缚电荷，被周围自由电荷不断中和，表面无电荷。光照时，晶体温度升高，电偶极子热运动加剧，极化强度减弱，表面感应电荷数减小，但中和过程（达数秒）要远大于极化强度的响应过程（10-12s），相当于释放了一些电荷，对外表面为电流。可以在这些电荷被中和之间测量到。

外光电效应：光电管、光电倍增管。内光电效应：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。光生伏特效应：光电池

外光电效应：光电管、光电倍增管。

内光电效应：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。

光生伏特效应：光电池
外光电效应是指光线照射在物体表面或界面上时产生的光电效应。

常见的外光电效应器件包括光电管和光电倍增管。

光电管是一种利用光电效应工作的真空电子器件。

光电管通过光电效应将光能转化为电能，从而产生电流。

光电管主要由一个光敏阴极和一个带正电压的阳极组成。

光电倍增管是一种基于光电效应的放大器件。

光电倍增管利用外光电效应，在光电阴极上的光电发射产生电子，然后通过倍增过程放大电子的数量，最终产生一个非常强的电流输出。

内光电效应是指光线照射在半导体材料内部时产生的光电效应。

常见的内光电效应器件包括光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管。

光敏电阻是一种光敏元件，其电阻值随着光照强度的变化而发生改变。

光敏电阻一般由光敏材料和电极组成，当光照强度变大时，光敏材料吸收光能产生电子，从而提高电阻值。

光敏二极管是一种基于内光电效应的半导体器件。

光敏二极管通过光照产生的电子-空穴对，改变二极管的导电性能，从而
实现对光信号的检测和转换。

光敏三极管是一种结构类似于普通三极管的光敏元件。

光敏三极管通过光照时产生的载流子来改变其电流放大倍数，实现对
光信号的放大。

光生伏特效应是指当光线照射到光电池表面时，在光电池内部产生的光生电势差。

光电池是一种能够将光能直接转化为电能的器件，通过光生伏特效应将光能转化为电压输出。

光电池常用于太阳能电池等领域。