《光电子器件》笔记.docx

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当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐
射功率，也叫做噪声等效功率0NEP。Pmin越小，器件的探测能力越强。
对Pmin取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，
称为 探测率。研究指出:探测率与器件的
面积和工作带宽成反比。
4.光吸收厚度 ：设入射光的强度为I0，入射到样品厚度为x处的光强度为I，则：α为线吸收系数，单位为（1/cm）
8.光电三极管
不仅能实现光－电转换，还能放大光电流。
第二章作业
1、结型光电探测器与光电导探测器的主要区别有哪些
2、用波长为μm、强度为3mW的光照射在硅光电池，无反射，其量子效率为，并设全部光生
载流子能到达电极。求：
（1）光生电流。（2）T=300K、反向饱和电流为10-8A时，求光电池的开路电压。
（1）结面积大小不同，光电二极管的要小很多。结电容很小，频率特性好 ；
（2）PN结工作状态不同，光电池PN结工作在零偏置状态下。而 光电二极管工作于反
偏工作状态下，光电流小。
光电二极管分类：
按工作基础分：有耗尽型及雪崩型。
按特性分：有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点结触型等。按对光的响应分：紫外、可见光、红外型；
（3）光电导探测器为均质型探测器，载流子驰豫时间长，频率响应特性差。而结型探测器
频率特性好，灵敏度高。 雪崩式光电二极管、 光电三极管还有内增益作用， 可以通过较大的电流。
2.外接电路开路（断路）时，光生载流子积累在PN结两侧，光生电压最大，此时的光生电动势Uoc称为开路电压。外接电路短路时，流过电路的电流Isc称为 短路电流 ，就是光生电流。
光电二极管等结型光电器件的噪声主要是电流散粒噪声和电阻的热噪声。
6.PIN型光电二极管
特点：（1）光生电流较大，灵敏度高。
因为I层比PN结宽得多，光生载流子要多得多，光生载流子在内建电场和反向电场作用下的漂移移动会形成较大的光电流输出，灵敏度得以提高。
（2）响度速度快，频率特性好。
一般说，扩散运动的速度比漂移运动的速度低得多，PIN管由于扩散运动被抑制，所以
光电子器件
第一章
1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为 响应率.
光谱响应率 （Rλ）：光电器件在单色
(在波长λ附近一个很小的波长范围里
)辐射功率
作用下产生的信号电压或信号电流。
dus
Ri
dis
R( )
R
Ru
dP
Rm
dP
R
R(λ)
Rm
光电倍增管
目前普遍采用而且最有效的探测微弱光辐射的器件是
电子倍增器的结合。
光电倍增管 ，它是光电阴极和二次
光电倍增管结构主要由 四部分组成： 光电阴极、电子光学输入系统(光电阴极至第一倍增极的区域)，倍增系统(或称打拿极系统)、阳极(或称收集极)。
I2
光电倍增管 工作原理:光子透过入射窗口入射在光电阴极上，电子受光子激发发射到真
A1
A1
A2
Pmin
P
un
3.
光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、
随机的起伏， 称为噪声 。噪声是
us
un
Ru
物理过程所固有的，人为不可能消除。它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。
光电探测器的 噪声来源主要 有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。
I I e
第二章
1.光生伏特效应： 两种半导体材料或金属/半导体相接触形成势垒， 当外界光照射时， 激发光生载流子，注入到势垒附近形成光生电压的现象。
结型光电探测器与光电导探测器的区别:
（1）产生光电变换的部位不同。
（2）光电导型探测器没有极性， 且工作时必须有外加电压， 而结型探测器有确定的正负极，不需外加电压也可把光信号变为电信号。
3.光电池在受光表面上涂保护膜，如镀SiO2、MgF2。目的是减小反射损失，增加对入射光的吸收， 同时又可以防潮防腐蚀。 上电极一般多做成栅指状， 其目的是便于透光和减小串联电阻。
通常在用单片光电池组装成电池组时，可以采用增加串联片数 的方法来提高输出电压，
用增加并联片数的方法来增大输出电流。
4.光电二极管与光电池的主要区别：
I
空中，光电子通过电场加速和电子光学1系统聚焦入射到第一倍增级上， 倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子， 入射电子经N级倍增极倍增后， 光电子就放大N次，最后由阳极收集形成光电流。
光电阴极在结构形式上分为反射型侧窗式和透射型端窗式。
二次电子发射系数：
二次发射系数不仅与倍增极的二次发射材料有关，且与它
1.0
——其中Rm为光谱响应率的最大值
Ri
1.24
——光谱电压响应率和光谱电流响应率合并称为光谱响应率
Rλ（单位：A/W）
光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。
2.器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，
它们之间的匹配系统 α—称为器件与
光源的光谱匹配系数
，它反映了器件响应的波长范围同光源光P(谱的)吻合程度。
R( )
1
1
在光源固定的情况下
,面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大,α愈大，
也就是光谱匹配愈好
;反之,如果两曲线没有重合之处
,α=0,即二者完全失配,则该光电器件
R( )
P ( )
A2
对光源辐射没有探测能力。
光谱匹配 是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器
件的材料的重要依据。
按制造工艺：平面型、生长型、合金型、台面型。
5.PN结型光电二极管：根据衬底材料不同分为2DU和2CU型两种。
2DU型易形成表面漏电流流到前极，它是暗电流（噪声）的大部分，应禁止它流过负载。
温度特性： 光电二极管受温度影响最大的是暗电流。
频率特性： 有两决定因素：
1）光生载流子在耗尽层的渡越时间；
2）结电容Cj和负载电阻RL所构成的时间常数RLCj
像管 能把人眼不能观察到的物体转换成可见光图像，主要用于夜视条件下的光电成像。
它包括 变像管和像增强器。
像管结构示意图如下，主要有三部分组成：光电阴极、电子光学系统、荧光屏。
像管的工作过程：
1、光电转换：由光电阴极完成。微弱或不可见辐射图像信号转换成电子信号（电子
流）;
2、电子成像：由电子光学系统完成（类似于光学透镜），其上加有高电压，能将光电
0
6.内光电效应:
材料在吸收光子能量后， 出现光生电子－空穴，
由此引起电导率变化或
0
n0en
p0eP
e(n
n)
e( p
p)
电压、电流的现象，称之为内光电效应。
光电导效应： 当半导体材料受光照时，
吸收光子引起载流子浓度增大，0n
0产生附加电导率P
使电导率增加，这个现象称为光电导效应。在外电场作用下就能得到e电(流的n变化。0 n
7.雪崩型光电二极管(APD)
1、雪崩光电二极管原理
PN结加上相当大的反向偏压（略低于反向击穿电压）—高电场—光生载流子加速—晶格原子-新载流子—晶格原子-新载流子—雪崩式载流子倍增。
频率特点：载流子运动速度快，渡越时间短（10-10s量级），所以时间特性非常好，响应频率可达105MHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。
（1）半导体中的电子吸收入射光子的能量而被激发到高能态（导带）上；
（2）这些被激发的电子在向表面运动的过程中因散射而损失掉一部分能量；
（3）到达表面的电子克服表面电子亲和势EA而逸出。
3.把电子从体内导带底逸出真空能级所需的最低能量称为
有效电子亲和势
EAeff
，以区
别于表面电子亲和势EA。
4.如果给半导体的表面作特殊处理， 使表面区域能带弯曲， 真空能级降低到导带之下， 从
α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。当厚度收厚度，有64%的光被吸收。
d=1/α时，称为吸
5.本征吸收 ：价带中的电子吸收了能量足够大的光子后，受到激发，越过禁带，跃入导带，
并在价带中留下一个空穴， 形成了电子空穴对， 这种跃迁过程所形成的光吸收称为本征吸收。
本征吸收 条件 ：光子的能量必须大于或等于禁带的宽度Eg。
而使有效的电子亲和势为负值， 经过这种特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。
NEA电子传输特性：
1）参与发射的电子是导带的未热化的冷电子；
2）NEA阴极中导带的电子逸入真空几乎不需作功。
5.真空光电管
光电管是根据外光电效应原理工作的光电探测器，
它把光能转变为电能，
属于 非成像型
的光电器件 。
第一章作业
1、什么是光谱响应率根据器件与光源的光谱曲线说明光谱匹配系数α的意义。
2、某光电二极管，受波长为的6x1012个光子的照射，其间输出端产生
2x1012
个光子。
试计算该光电子器件的量子效率和响应度。
3、什么是器件的最小可探测辐射功率和探测率探测率表达式的意义如何
4、半导体发生本征光吸收的条件是什么
4、说明光电倍增管的结构组成和工作原理。
5、某光电倍增管有10个倍增级， 每个倍增级的二次电子发射系数δ=4，阴极灵敏度为Rk=200μA/lm，阳极电流不得超过10mA，试估计入射阴极的光通量的上限。
6、光电倍增管的暗电流是指什么引起暗电流的因素主要有哪些第四章
1.光电成像器件按结构分类有：像管、真空摄像管、固体成像器件等。
光敏电阻光谱响应特性主要由所用的半导体材料所决定，主要是由材料禁带宽度所决定，禁