几种重要的微电子器件.
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热探测器进行光电转换的过程：
➢探测器吸收光辐射引起温度上升 ➢利用探测器的某些温度效应把温升转换
成电学参量
17
光子探测器：利用入射光子与半导体 中处于束缚态的电子(或空穴)相互作用， 将它们激发为自由态，引起半导体的电 阻降低或者产生电动势
光子探测器的三个基本过程：
➢光子入射到半导体中并产生载流子 ➢载流子在半导体中输运并被某种电流增益
21
太阳能电池
吸收光辐射而产生电动势，它是半导体 太阳能电池实现光电转换的理论基础
产生光生伏特效应的两个基本条件：
➢半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数，即要求入射光子的能量h 大于或等于半导体的禁带宽度Eg
➢具有光生伏特结构，即有一个内建电场所 对应的势垒区
22
影响太阳 能电池转 换效率的 主要因素 有：表面 太阳光的 反射、pn 结漏电流 和寄生串 联电阻等
23
CCD器件
电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)：70年代初由美国 贝尔实验室研制成功的一种新型半导 体器件
CCD器件不同于其他器件的突出特 点：以电荷作为信号，即信息用电荷 量(称为电荷包)代表，而其他器件则 都是以电压或电流作为信号的
24
25
26
CCD器件的应用
➢驱动电压和功耗低、体积小、重量 轻、无X射线辐射等一系列优点
➢为了降低串扰，提高扫描线数，在 每个像素上配置一个开关器件，形 成有源矩阵液晶显示，消除了像素 间的交叉串扰
6
TFT有源矩阵的结构
7
光电子器件
光电子器件：光子担任主要角色的 电子器件
➢发光器件：将电能转换为光能
✓发光二极管(Light Emitting Diode，缩 写为LED)
3
TFT的结构
➢立体结构型 ➢平面结构型
4
TFT的应用领域
➢大面积平板显示──有源矩阵液晶显示 (Active Matrix Liquid Crystal Display, 缩写为AMLCD)
➢电可擦除只读存储器(ROM) ➢静态随机存储器(SRAM) ➢线阵或面阵型图像传感器驱动电路
5
液晶显示器
✓半导体激光器
➢太阳能电池：将光能转换为电能 ➢光电探测器：利用电子学方法检测光
信号的ห้องสมุดไป่ตู้
8
辐射跃迁和 光吸收：
➢在固体中， 光子和电子 之间的相互 作用有三种 基本过程： 吸收、自发 发射和受激 发射
两个能级之间的三种基本跃迁过程 (a) 吸收 (b) 自发发射 (c) 受激发射
9
10
发光器件
➢发光二极管：靠注入载流子自发复 合而引起的自发辐射；非相干光
机构倍增 ➢产生的电流与外电路相互作用，形成输出
信号，从而完成对光子的探测
18
光敏电阻：光敏电阻通常由一块状或薄膜 状半导体及其两边的欧姆接触构成
19
光电二极管：光电二极管实际上就是一个 工作在反向偏置条件下的pn结，p-i-n光电 二极管是最常用的光电探测器件
20
雪崩光电二极管：雪崩光电二极管是借助 强电场作用产生载流子倍增效应(即雪崩倍 增效应)的一种高速光电器件
➢满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子 损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受 激发射的电流密度阈值
14
15
光电探测器
光电探测器：对各种光辐 射进行接收和探测的器件
➢热探测器 ➢光子探测器
16
热探测器：利用探测元吸收入射光 (通常是红外光)产生热量，引起温度 上升，然后再借助各种物理效应把温 度的变化转变成电学参量
➢广泛用于影像传感、数字存储和信 息处理等三个领域，其中最重要的 应用是作为固态摄像器件，其次是 作为存储器件
27
作业
简单描述集成电路CAD的主要 方法和主要内容。
光电器件主要包括哪几类？ 半导体发光器件的基本原理是
什么？
28
几种重要的微电子器件
1
主要内容
薄膜晶体管TFT 光电器件 电荷耦合器件
2
薄膜晶体管
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT) 通常是指利用半导体薄膜材料制 成的绝缘栅场效应晶体管
➢非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT) ➢多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT) ➢碳化硅薄膜晶体管(SiC TFT)
➢半导体激光器则是在外界诱发的作 用下促使注入载流子复合而引起的 受激辐射；相干光，具有单色性好、 方向性强、亮度高等特点
11
半导体电致发光有着悠久的历史
➢1907年观察到电流通过硅检波器时发黄光现象 ➢1923年在碳化硅检波器中观察到类似的现象 ➢1955年观察到III-V族化合物中的辐射 ➢1961年观察到磷化镓pn结的发光 ➢60年代初期GaAs晶体制备技术的显著发展 ➢1962年制成GaAs发光二极管和GaAs半导体激光
器 ➢异质结的发展对结型发光器件性能的提高也起
了很大的推进作用
12
13
半导体发射激光，即要实现受激发射， 必须满足下面三个条件：
➢通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价 带激发到能量较高的导带，产生足够多的电 子空穴对，导致粒子数分布发生反转
➢形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生 受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发 射
➢探测器吸收光辐射引起温度上升 ➢利用探测器的某些温度效应把温升转换
成电学参量
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光子探测器：利用入射光子与半导体 中处于束缚态的电子(或空穴)相互作用， 将它们激发为自由态，引起半导体的电 阻降低或者产生电动势
光子探测器的三个基本过程：
➢光子入射到半导体中并产生载流子 ➢载流子在半导体中输运并被某种电流增益
21
太阳能电池
吸收光辐射而产生电动势，它是半导体 太阳能电池实现光电转换的理论基础
产生光生伏特效应的两个基本条件：
➢半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数，即要求入射光子的能量h 大于或等于半导体的禁带宽度Eg
➢具有光生伏特结构，即有一个内建电场所 对应的势垒区
22
影响太阳 能电池转 换效率的 主要因素 有：表面 太阳光的 反射、pn 结漏电流 和寄生串 联电阻等
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CCD器件
电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)：70年代初由美国 贝尔实验室研制成功的一种新型半导 体器件
CCD器件不同于其他器件的突出特 点：以电荷作为信号，即信息用电荷 量(称为电荷包)代表，而其他器件则 都是以电压或电流作为信号的
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26
CCD器件的应用
➢驱动电压和功耗低、体积小、重量 轻、无X射线辐射等一系列优点
➢为了降低串扰，提高扫描线数，在 每个像素上配置一个开关器件，形 成有源矩阵液晶显示，消除了像素 间的交叉串扰
6
TFT有源矩阵的结构
7
光电子器件
光电子器件：光子担任主要角色的 电子器件
➢发光器件：将电能转换为光能
✓发光二极管(Light Emitting Diode，缩 写为LED)
3
TFT的结构
➢立体结构型 ➢平面结构型
4
TFT的应用领域
➢大面积平板显示──有源矩阵液晶显示 (Active Matrix Liquid Crystal Display, 缩写为AMLCD)
➢电可擦除只读存储器(ROM) ➢静态随机存储器(SRAM) ➢线阵或面阵型图像传感器驱动电路
5
液晶显示器
✓半导体激光器
➢太阳能电池：将光能转换为电能 ➢光电探测器：利用电子学方法检测光
信号的ห้องสมุดไป่ตู้
8
辐射跃迁和 光吸收：
➢在固体中， 光子和电子 之间的相互 作用有三种 基本过程： 吸收、自发 发射和受激 发射
两个能级之间的三种基本跃迁过程 (a) 吸收 (b) 自发发射 (c) 受激发射
9
10
发光器件
➢发光二极管：靠注入载流子自发复 合而引起的自发辐射；非相干光
机构倍增 ➢产生的电流与外电路相互作用，形成输出
信号，从而完成对光子的探测
18
光敏电阻：光敏电阻通常由一块状或薄膜 状半导体及其两边的欧姆接触构成
19
光电二极管：光电二极管实际上就是一个 工作在反向偏置条件下的pn结，p-i-n光电 二极管是最常用的光电探测器件
20
雪崩光电二极管：雪崩光电二极管是借助 强电场作用产生载流子倍增效应(即雪崩倍 增效应)的一种高速光电器件
➢满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子 损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受 激发射的电流密度阈值
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光电探测器
光电探测器：对各种光辐 射进行接收和探测的器件
➢热探测器 ➢光子探测器
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热探测器：利用探测元吸收入射光 (通常是红外光)产生热量，引起温度 上升，然后再借助各种物理效应把温 度的变化转变成电学参量
➢广泛用于影像传感、数字存储和信 息处理等三个领域，其中最重要的 应用是作为固态摄像器件，其次是 作为存储器件
27
作业
简单描述集成电路CAD的主要 方法和主要内容。
光电器件主要包括哪几类？ 半导体发光器件的基本原理是
什么？
28
几种重要的微电子器件
1
主要内容
薄膜晶体管TFT 光电器件 电荷耦合器件
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薄膜晶体管
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT) 通常是指利用半导体薄膜材料制 成的绝缘栅场效应晶体管
➢非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT) ➢多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT) ➢碳化硅薄膜晶体管(SiC TFT)
➢半导体激光器则是在外界诱发的作 用下促使注入载流子复合而引起的 受激辐射；相干光，具有单色性好、 方向性强、亮度高等特点
11
半导体电致发光有着悠久的历史
➢1907年观察到电流通过硅检波器时发黄光现象 ➢1923年在碳化硅检波器中观察到类似的现象 ➢1955年观察到III-V族化合物中的辐射 ➢1961年观察到磷化镓pn结的发光 ➢60年代初期GaAs晶体制备技术的显著发展 ➢1962年制成GaAs发光二极管和GaAs半导体激光
器 ➢异质结的发展对结型发光器件性能的提高也起
了很大的推进作用
12
13
半导体发射激光，即要实现受激发射， 必须满足下面三个条件：
➢通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价 带激发到能量较高的导带，产生足够多的电 子空穴对，导致粒子数分布发生反转
➢形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生 受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发 射