光电检测技术课程作业及问题详解(打印版)

思考题及其答案

习题01

一、填空题

1、通常把对应于真空中波长在（0.38m

μ）围的电磁辐射称

μ）到（0.78m

为光辐射。

2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。

3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。

二、概念题

1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。

2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间发射、传播或接收的辐射能。

3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。

4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间、给定方向上单位立体角所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。

三、简答题

辐射照度和辐射出射度的区别是什么？

答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接

收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。

四、计算及证明题

证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答：

2

22

4444R I R I dA d E R dA d E R I

I

===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1

2222222221

122

12

11001001010E E L I

E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴=

=ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源，

源的距离为设第一个探测器到点光 习题02

一、填空题

1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。

2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。

3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。

4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。

二、概念题

1、禁带、导带、价带：

禁带：晶体中允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的围是不允许电子占据的，此围称为禁带。

导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。

价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。

2、热平衡状态：在一定温度下，激发和复合两种过程形成平衡，称为热平衡状态，此时载流子浓度即为某一稳定值。

3、强光注入、弱光注入：

强光注入：满足n n p n >>n n0p n0＝n i×n i n n0 <Δn n＝Δp n条件的注入称为强光注入。

弱光注入: 满足n n p n>n n0p n0＝n i×n i n n0 >Δn n＝Δp n条件的注入称为弱光注入。

4、非平衡载流子寿命τ：非平衡载流子从产生到复合之前的平均存在时间。

三、简答题

1、掺杂对半导体导电性能的影响是什么？

答：半导体中不同的掺杂或缺陷都能在禁带中产生附加的能级，价带中的电子若先跃迁到这些能级上然后再跃迁到导带中去，要比电子直接从价带跃迁到导带容易得多。因此虽然只有少量杂质，却会明显地改变导带中的电子和价带中的空穴数目，从而显著地影响半导体的电导率。

2、为什么空穴的迁移率比电子的迁移率小？

答：迁移率与载流子的有效质量和平均自由时间有关。由于空穴的有效质量比电子的有效质量大，所以空穴的迁移率比电子的迁移率小。

3、产生本征吸收的条件是什么？答：入射光子的能量（hν）至少要等于

材料的禁带宽度。即()m E E h c g

g μλ24.10=⋅=

四、计算题 1、 本征半导体材料Ge 在297K 下其禁带宽度E g =0.67(eV)，现将其掺入杂质Hg ，锗掺入汞后其成为电离能E i =0.09(eV)的非本征半导体。试计算本征半导体Ge 和非本征半导体锗汞所制成的光电导探测器的截止波长。 解：()()()()()()m m m E m m m E i g μμμλμμμλ778.1309.024.124.1851.167

.024.124.10201======

2、某种光电材料的逸出功为1Ev ，试计算该材料的红限波长。（普朗克常数h ＝6.626×10-34(J.s)，光速C ＝2.998×108(m/s)，电子电量e ＝1.6×10-19库仑） 解：()()()m m m ch c μμμϕϕνλ24.11

24.124.10000=====

习题03

一、概念题

1、光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子、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的改变统称为光电效应。

2、光电发射第一定律：也称斯托列托夫定律。当入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流I K 与被阴极所吸收的光通量φK 成正比。

3、光电发射第二定律：也称爱因斯坦定律。发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。

二、简答题

外光电效应和光电效应的区别是什么？

答：外光电效应是物质受到光照后向外发射电子的现象，而光电效应是物