光电技术基础课件

I
q
hc dI ηqλ Si ( 1 e αd ) dΦ hc
(1 exp(d ))Φe, I d (1 exp(qU / kT ))

B. PIN型光电二极管特点
C. 雪崩光电二极管特点
D. 硅光电池
光生伏特器件的噪声：低频噪声、散粒噪声、热噪声
光生伏特器件的偏臵电路
2898 m T
(μm)
4、半导体物理基础

1）半导体对光的吸收(5种)，哪几种吸收会引起光电效应？ 对光吸收的一般规律
dΦ Φdx
吸收的光通量为：Φ0 (1 e
(1)
x
)
本征吸收
hc 1.24 L Eg Eg
(2) 杂质吸收
1.24 L ED
1.24 L EA
强辐射的作用
1 1 bd e,2 dg q d e , 3 2 hK f l
1 2
N e, n K f
2 tanh t
1
1 K f N e,
b 光生伏特效应(少数载流子的漂移运动)
Pm= Im Um=(0.6~0.7)UocIp
Pm ηm Φe
-αα ( 0.6~ 0.7 )qUoc λ ηΦ ( 1 -e )dλ e,λ
hc Φe,λ dλ
0
0

(2)
零伏偏臵(RL=0时的自偏臵电路)
ηqλ U o R f Φe,λ I SC R f hc
(3) 激子吸收 （4）自由载流子吸收 （5） 晶格吸收
2）光电效应 (1) 内光电效应
a.光电导效应（非平衡多数载流子产生复合运动引 起材料电导率的变化） q dg de, 分为两种情况 2
hl
微弱辐射作用Baidu Nhomakorabea
n N e, (1 e
t

)
d g q Sg d e, hcl 2
3. 基本定律

(1)
斯忒藩-波尔兹曼辐射定律
M e ,s 0 M e,s , d T
5 4

4
2π k 8 2 4 σ 5.67 10 Wm K 3 2 15h c
M e ,s , m 1.309 T 10
5
15
W· cm-2·μm-1· K-5

(2)
维恩位移定律
Me Le π
Φv
Ω
dΦe Ee dA
Iv
Φv Ev A
发光强度的单位及定义
He =Ee Δt
Hv =EvΔt

2.
基本概念
（1）量子流速率（为什么其计算公式中不能出现光度量） 光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。光源在 给定波长λ处, 由λ~
λ+dλ 到波长范围内发射的辐射通量

1)自偏臵电路(光电池)
U m (0.6 ~ 0.7)U oc Ropt Im SΦe, λ
硅光电池自偏臵电 路的特点：可得到 最大的输出功率； 输出电流（输出电 压）与入射辐射线 性关系差。
Im IP
q
hc
(1 e d )Φe,λ S iΦe,λ
Um =(0.6~0.7)Uoc
1 I I0 1 t /
（2)
光敏电阻的主要噪声：热噪声、产生复合 噪声、低频噪声
（3) 光敏电阻的变换电路

1). 基本偏臵电路

2). 恒流电路
RL» R(RL≥10R)
RL
UW U be UW Ie Ic Re Re
U o U bb I c R p
UW 2 Sv R Sg Re
I I I D (e
qU KT
1)
q I sc I (1 e d )Φe , h
U OC KT I I ln( 1) 26ln( 1) q ID ID ( m V)
室温300K时
U 'OC
KT E ' E' ln U OC 26ln U OC q E E
dΦe除以该波长λ的光子能量hv，得到光源在该波长λ处每秒钟 发射的光子数，称为光谱量子流速率dNe,λ，即
dN e ,
dΦe Φe , d hv hv
e ,
光源在波长λ为0→∞范围内发射的总量子流速率 : Φ Φ d
N e 0
hv

e , max
hc

0
Φe ,r d
(mV )
(2) 光电发射效应 (外光电效应）
外光电效应中光电能量转换的基本关系为
1 2 h mv 0 Eth 2
Eth Eg EA
hc 1239 L (nm) Eth Eth
2 光电导器件

（1) 光电导器件的特性
bd 1 e2, g q hK l 3 f
1 2
q g Φe, 2 hl
I p g pU USg E
lgR1 lgR2 lgE2 lgE1
光敏电阻的阻值计算
r
弱辐射作用情况下的时间响应
0 (1 e I I 0 (1 e
t /
)
t /
)
强辐射作用情况下的时间响应
1 0 1 t /

3). 恒压电路
RL<<R（RL≤R/10 ）
RU bb U bb UR U bb R RL 1 RL / R
U o U bb I c Rc
dUo=－RcdIc=－RcdIe= RcSgUwdφ
3 光生伏特器件

A. 硅光电二极管：最高工作频率107Hz
光电二极管的全电流方程为
一、光电技术基础

dΦe Me dA
Φe ( A) M e dA
1、辐射度与光度量及转换
（单位）
A
Me
cosθ
Φe
Ω A
Le
dΦe Φe Ied Ω dΩ dI e d 2Φe Le dA cos dΩdA cos Ie

Ie Mv
cosθ
Φ V,λ =K m Φ e,λV( λ) =683Φ e,λV( λ) Lv Φ Vw =17.1 Φ ew

(3)
反向偏臵
IL
q
hc
e , I d
硅光电池反向 偏臵电路的特 点：PN结势 垒区加宽，线 性范围和光电 变换动态范围 加宽。
U D U bb RL