光电检测技术中的基础知识

1、本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
2、在绝对零度时，几乎不导电。
3、在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著地控
制半导体的导电性质。
4、掺入的杂质可以分为施主杂质和受主杂质。 同时向导带提供电子，使半导体成为电子导电的n型半 导体。——见P10 同时向价带提供空穴，使半导体成为空穴导电的p型半 导体。 ——见P10
？
其它方法：
电注入、高能粒子辐照等。
扩散
漂移
复合
1、物体受光照射，一部分光被物体反射，一部分光被物
体吸收，其余的光透过物体。 2、吸收包括：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、
激子吸收、晶体吸收
3、本征吸收——由于光子作用使电子由价带跃迁到导带 4、只有在入射光子能量大于材料的禁带宽度时，才能发 生本征激发辐射Fra bibliotek学的基本物理量
辐射通量Φ e: 单位时间内通过一定面积发射、传播或接受的辐 射能量Q，又称辐射功率Pe，是辐射能的时间变 化率。单位：瓦［Ｗ］ 定义式？
辐射强度Ι e：点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通 量。单位W/Sr］ 辐射亮度Le ： 面辐射源单位投影面积定向发射的辐射强度。 单位：［W/m2．Sr］ 辐射出射度Ｍe ： 扩展辐射源单位辐射面所辐射的通量（也称辐 射本领）。单位：［W/m2］ 辐射照度Ee： 单位受照面上接受的辐射通量。单位［W/m2］
1、半导体电阻温度系数一般是负的，而且对温度变化非 常敏感。根据这一特性，可制成热电探测器件。 2、导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。 （纯净Si在室温下电导率为5×10-6/(欧姆•厘米)。掺入硅
原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米)
3、半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影响。
度，称为非平衡载流子浓度。
3、非平衡载流子浓度
非平衡载流子的产生
光注入：
用光照使得半导体内部产生非平衡载流子。
当光子的能量大于半导体的禁带宽度时，光子就能把价带电
子激发到导带上去，产生电子－空穴对，使导带比平衡时多 出一部分电子，价带比平衡时多出一部分空穴。 产生的非平衡电子浓度等于价带非平衡空穴浓度。？ 光注入产生非平衡载流子，导致半导体电导率增加。
晴天阳光直射地面照度约为100000lx 晴天背阴处照度约为10000lx 晴天室内北窗附近照度约为2000lx 晴天室内中央照度约为200lx 晴天室内角落照度约为20lx 阴天室外50—500lx 阴天室内5—50lx 月光（满月）2500lx 日光灯5000lx 电视机荧光屏100lx 阅读书刊时所需的照度50~60lx 在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx 晴朗月夜照度约为0.2lx 黑夜0.001lx
光度学的基本物理量
光通量Φ v: 单位时间内通过一定面积发射、传播或接受的光 能量，又称光功率Pv，是光能的时间变化率。单 位：流明［lm］
发光强度Ι v：点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的光通量。 单位cd］ 光亮度Lv ： 辐射表面定向发射的光强度。单位：［cd/m2］
光出射度Ｍv ： 面光源单位面积所辐射的光通量（也称发光本 领）。单位：［lm/m2］ 光照度Ev： 投射在单位面积上的光通量。单位［lx］
————见P12
1、绝对黑体的概念——见P14 2、基尔霍夫定律
3、谱朗克辐射公式
4、斯忒藩-玻耳兹曼定律 5、维恩位移定律
光电效应
1、光电效应的定义
光照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发 生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物 体电学特性发生改变统称为光电效应
2、光电效应的分类
光电效应包括外光电效应和内光电效应
1、两者的相同点： ①光度量和辐射度量的定义、定义方程是
一一对应的。 ②辐射度量和光度量都是波长的函数。
2、两者的不同点： ①符号不同：辐射度量下标为e，例如Qe，
Φe，Ie，Me，Ee，光度量下标为v，Qv，
Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 ②单位不同（略） ③研究范围不同，光度量只在可见光区 （３８０ － ７８０nm)才有意义。
光生伏特效应：
光照在半导体PN结或金属—半导体接触上时，会在PN结或金 属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射PN结时，由于 内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴 拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。 半导体内部产生电动势（光生电压）；如将PN结短路，则会
其它基本概念——见P5
1、点源
2、扩展源（朗伯源、余弦辐射体）
3、漫反射面（散射面） 4、定向辐射体（激光）
导体、半导体和绝缘体 半导体的特性
半导体的能带结构——见P8
本征半导体与杂质半导体 平衡和非平衡载流子
载流子的输运过程
半导体的光吸收效应
返 回
1、自然存在的各种物质，分为气体、液体、固 体。 2、固体按导电能力可分为：导体、绝缘体和介 于两者之间的半导体。 3、电阻率10-6 ~10-3欧姆•厘米范围内——导体 电阻率1012欧姆•厘米以上——绝缘体 电阻率介于导体和绝缘体之间——半导体
5、施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，
6、受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，
1、非平衡载流子
处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也 不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。 比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平 衡载流子。
2、平衡载流子浓度
处于热平衡状态的半导体，在一定温度下， 载流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的 载流子浓度，称为平衡载流子浓度。 半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。 如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡 的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏 离的状态，这种处于非热平衡状态下的载流子浓
3、外光电效应的定义
物体受光照后向外发射电子——多发生于金 属和金属氧化物(又叫光电发射效应)
4、内光电效应的定义 物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而 5、光热效应的定义
不会逸出物体外部——多发生在半导体
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应
光电导效应：
半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中 载流子数显著增加而电阻减少的现象