光电子技术复习提纲(含标准答案)

第1章绪论

1.半导体光电器件是利用什么效应制作的器件？

答：利用半导体光电效应制成的器件。

2.半导体光电器件是哪两种粒子相互作用的器件？

答：是一种利用光子与电子相互作用所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。

3.半导体发光器件主要包括哪两种？

答：（1）发光二极管；（2）半导体激光器。

4.光电器件主要有利用哪些效应制作的器件？

答：光电器件主要有利用半导体光敏特性工作的光电导器件，

利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。

5.什么是半导体发光器件？

答：利用半导体PN结正向通过电时载流子注入复合发光的器件称为半导体发光器件。

6.光电探测器件是如何转换信号的器件？

答：通过电子过程探测光信号的器件，即将射到它表面上的光信号转换为电信号。

7.光电检测器工作在反向偏置状态。

8.光电池是利用什么效应制作的？

答：光伏打效应。

9. 光纤通信的两个重要窗口是哪些？

答：1.55um和1.3um。

第2章

1. 光信号的频率在哪个频段？需要用什么器件检测？

答：光信号的频率在1014 Hz以上，常用的电子器件无法对这一频率段产生良好的响应，必须使用光电子器件。

2. 常用的光电检测器：PIN、APD

3. 光电检测器的工作过程？

答：光电检测器件的工作过程：

（1）光吸收——（2）电子-空穴对产生——（3）载流子扩散和漂移——（4）检测

4. 光信号（光束）入射到半导体材料后，如何产生电子空穴对？

答：光信号（光束）入射到半导体材料后，首先发生的过程就是半导体材料对光子的吸收，吸收光子以后才能产生价带电子的跃迁，从而产生电子空穴对。

5. 半导体材料中的吸收过程可以分为哪两大类？

答：本征吸收和非本征吸收

6. 本征吸收又包括哪些？

答：（1）直接吸收；（2）间接吸收

7. 非本征吸收包括哪些？

答：（1）激子吸收；（2）带内吸收；（3）杂质吸收

8．本征吸收的必要条件？

9.直接吸收中参与的粒子是什么？遵守哪两种守恒？

答：只有电子和光子的参与，没有第3种粒子的参与。且入射光子的能力必须大于该材料的带隙。整个过程中遵守动量守恒和能量守恒。

10.在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有哪种量参与？

答：在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有声子的参与。

11.吸收功率的计算。

答：

12. 有效吸收对有源层厚度的要求。

答：

13. 声子的产生过程？

答：

14. 杂质吸收的特点。

答：半导体材料中掺入杂质后，会在禁带内形成杂质能级，杂质能级往往是浅能级，因此杂质吸收所对

应的吸收谱往往在红外甚至是远红外区。杂质吸收的吸收系数一般很小，且须工作在极低温度下。

15. 长波长检测器的设计方案有哪些？各自特点？

答：(1)本征检测器:

☐ 需要窄带隙材料

☐ 难以制作出高质量的器件

（2非本征检测器：

⏹ 工作条件苛刻（低温）

⏹ 器件难以小型化（吸收层厚）

16. 响应度描述的是什么？单位是？

答：描述的是入射单位功率的光功率，能够从检测器中输出多大的电流,单位为：A/W 。

17. 器件效率的定义。

答：单位时间内对外输出的载流子个数与入射的光子个数的比值，描述了检测器将光信号转变为电信

号的效率大小。

op L

ph P J R =⇒e

h R h P e

J ph op L

Q ωωη==

18. 体材料器件和应变量子阱器件对晶格匹配度的不同要求。

19. 实用的光电检测器以什么结构为基础？检测器形成的光电流主要有哪两类？各自特点如何？

20. 根据PN结的电场分布特点，整个PN结可以分为哪三个部分？

21. PN结的两种工作模式是什么？

22. 在不同条件下，太阳光谱的辐射强度有何不同？

答：在不同条件下，太阳光谱的辐射强度不同：

（1）在不考虑大气吸收情况下，到达地面的太阳光功率密：1350W/m2

（2） 考虑大气影响，晴朗天气，到达地面的光功率密度：952W/m2

光功率密度最强的光波长为0.48 ，处于可见光光谱内。

23. 转换效率是什么？

转换效率是指光电池对外输出的最大功率与输入的光功率的比值，它所表征的是光电池将光能量转换

为电能量的效率高低。

（其中 和 分别是匹配电阻情况下（负载电阻与内阻相等），对外输出的电流和电压，在此条件下对外输出功率达到最大值）

24. 非晶硅的制作原理及特点？

答：制作原理是：在较低温度下（约600℃）析出硅膜，在此过程中，充入大量的氢原子，破坏了硅晶

体中原子排列的周期性，从而改变了硅材料的性质，其特性表现在：

（1）有效带隙增大，约1.6 eV 左右（Si 晶体为1.12eV ）；

（2） 类似于直接带隙材料，吸收系数比Si 大得多，厚度通常在um 左右；

（3）可以使用几乎所有的衬底材料，具有良好的使用灵活性。

25. 光电导检测器产生增益的原因是什么？

答：产生增益的原因：每一个电子-空穴对并非只被电极收集一次，而是在复合之前器件的两个电极之

间循环多次，每被电极收集一次，都会对电信号的形成有贡献，直到复合。

26. 什么是增益带宽积？

答：增益带宽积是器件性能的重要参数，是器件增益与带宽之积，表征了器件的增益和带宽性能。

31. PIN 管结构特点？

答：

（1）PIN 管工作在反向偏置电压下，且偏置电压不能太高，以

避免产生击穿效应；

（2）两侧重掺杂p+区和n+区很薄，中间i 区要厚得多，i 区是光

的主要吸收区。光电流主要是由i 区产生的非平衡载流子定向

运动所形成的；

（3）与i 相邻的两侧区域都是重掺杂，加上外加反向偏置的作用，

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