第113光電導效應課件

光電信息技術常敏changmin@Tel:55271048光電學院光電信息技術常敏光學Optics

（古希臘）

以幾何光學和物理光學為基礎——各種光學儀器和設備（顯微鏡、望遠鏡、照相機、經(jīng)緯儀、光譜儀）。

以電磁輻射為研究對象（黑體輻射）——以光與物質(zhì)相互作用為主要研究內(nèi)容（光電效應、光探測器、新型光源）。光學Optics（古希臘）電子學Electronics(1910年)

研究電子運動的各種物理過程和物理現(xiàn)象并加以廣泛利用的科學。研究電波的振蕩、傳播，電信號的放大、變換，頻率的穩(wěn)定，混合，檢波等等——半導體微電子學。電子學Electronics(1910年)光電子學Opto-electronics(1955)

光學與電子學相結(jié)合的產(chǎn)物。將電子學使用的電磁波頻率提高到光頻，產(chǎn)生電子學所不可能產(chǎn)生的許多新功能。以前由電子方法實現(xiàn)的任務現(xiàn)在用光學方法來完成——光電子技術。光電子學Opto-electronics(1955)光子學Photonics(1970)

關于光子的科學及其應用。描述光子在信息傳輸中的應用，包括光子束的產(chǎn)生、導波、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制、放大，圖象處理、存儲和探測”。激光——光子時代的領銜主角。光子學Photonics(1970)本課程學什么？介紹光電檢測技術的物理基礎、電光信息轉(zhuǎn)換、光電信息轉(zhuǎn)換和光電測控技術的應用。本課程學什么？

課程基本情況：

1）

學時：授課32,2）學分：2學分3）相關課程：電工與電子技術、工程光學等課程基本情況：

1）

學時：授課32,報告主題：提出一個運用光電技術的方案；報告評定原則：根據(jù)方案實現(xiàn)功能的新穎性、可行性、性價比，以及參與討論時的情況，從而判定學生創(chuàng)新能力和理解掌握本課程的程度。報告方式：每組4-6人，PPT，演講有加分?？己嗽u定方式平時+報告報告主題：提出一個運用光電技術的方案；考核評定方式平時+報幾點要求：及時和老師溝通，溝通渠道55271048,changmin@有事情提前請假遵守課堂紀律幾點要求：第一章：光電信息技術物理基礎§1.1理論基礎

§1.1.1能帶理論

§1.1.2光電發(fā)射效應

§1.1.3光電導效應

§1.1.4光伏效應

§1.1.5熱釋電效應第一章：光電信息技術物理基礎原子核用能級表示電子繞核運動的運動狀態(tài)E0基態(tài)1SE2激發(fā)態(tài)2PE1激發(fā)態(tài)2S1.1.1能帶理論原子中電子的能級能帶是現(xiàn)代物理學描寫固體中原子外層電子運動的一種圖象。原子核用能級表示電子繞核運動的運動狀態(tài)E0基態(tài)1SE2激發(fā)態(tài)導體,半導體,絕緣體的區(qū)別是什么？各有什么不同的用途？導體絕緣體和半導體能帶有何異同?

半導體是什么意思?

導體的導電原理

什么是半導體？

什么叫半導體材料?

怎樣知道一個物品是導體還是絕緣體?

半導體中的芯片是什么?

導體,半導體,絕緣體的區(qū)別是什么？各有什么不同的用途？導體絕半導體的一些電學特性

①壓敏性：有的半導體在受到壓力后電阻發(fā)生較大的變化．

用途：制成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，以確定壓力的變化．

②熱敏性：有的半導體在受熱后電阻隨溫度升高而迅速減小．

用途：制成熱敏電阻，用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化．半導體的一些電學特性

①壓敏性：有的半導體在受到壓力后電阻價帶導帶禁帶價帶：能量最高的被價電子填滿的能帶導帶：價帶以上的能帶基本上是空的其中能量最低的能帶禁帶：價帶與導帶之間的區(qū)域能帶理論價帶導帶禁帶價帶：能量最高的被價電子填滿的能帶能帶理論晶體中原子的能帶圖1.1.1-2鈉原子的能級和結(jié)晶格中的能帶之比較電子可以在某些整個能帶內(nèi)運動晶體中原子的能帶圖1.1.1-2鈉原子的能級和結(jié)晶格中的能導體中的能帶考慮一種如圖所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能相當于鈉(Z=11)的能級。結(jié)論：具有如圖所示那樣能帶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)應為良導體，換句話說，良導體(也稱金屬)是那些最高能帶未被完全填滿的固體。又如:Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1)Mg(1S22S22P63S2)導體中的能帶考慮一種如圖所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能金屬能帶圖1.1.1-3導體內(nèi)的能帶價帶內(nèi)最上面的電子在外界電場的作用下，可產(chǎn)生集體運動！鈉是良導體金屬能帶圖1.1.1-3導體內(nèi)的能帶價帶內(nèi)最上面的電子在外界疑問：如上面的分析，那么Mg(鎂)是否屬于良導體呢？

6)2s(1鎂s222p3s2晶體能帶sspsp未滿帶1223滿

帶半滿帶3能帶重疊結(jié)論：實際上由于最高能帶可能發(fā)生重疊，鎂的3S電子可分布在

3S和3P能帶中，因此鎂應為良導體。對有些物質(zhì)，它們的原子具有滿充殼層，但是在固體時由于最上面的滿帶和一個空帶重疊的話，便成為導體，常稱這些物質(zhì)為半金屬。疑問：如上面的分析，那么Mg(鎂)是否屬于良導體呢？6)半金屬能帶半金屬能帶絕緣體的能帶現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，最高能帶即價帶是滿的，而且不與下一個全空的能帶重疊,如圖所示。結(jié)論：絕緣體最上面的價帶是滿的，同時和下一個空帶之間有幾個電子伏特能隙的固體。絕緣體的能帶現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，最高能帶即價帶是滿的，而且

絕緣體能帶

圖1.1.1-5絕緣體

絕緣體能帶圖1.1.1-5絕緣體半導體的能帶注意：半導體的能帶與絕緣體的能帶很相似，只不過價帶和導帶之間的能隙比絕緣體的要小得多。因此，半導體是一種絕緣體，但它們的價帶和導帶之間的能隙約為1eV或更小?，F(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)的最高能帶是滿的，而且不與下一個全空的能帶重疊。半導體的能帶注意：半導體的能帶與絕緣體的能帶很相似，只不過價第113光電導效應課件完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導體稱為本征半導體。含有缺陷和雜質(zhì)的半導體稱為非本征半導體。半導體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。半導體分類半導體分類實際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。因此半導體分為兩類：本征半導體：完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導體雜質(zhì)半導體N型半導體(摻有施主雜質(zhì)原子，有額外的電子)P型半導體(摻有受主雜質(zhì)原子，有額外的空穴)實際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導體的許多特性是由所含的多數(shù)載流子、少數(shù)載流子思考題：

P型半導體的多數(shù)載流子是？N型半導體的多數(shù)載流子是？載流子：晶體中荷載電流（或傳導電流）的粒子。金屬中為電子，半導體中有兩種載流子即電子和空穴。

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子思考題：載流子：晶體中荷載電流（或傳導在一定溫度下,半導體處于熱平衡狀態(tài),半導體中的導電電子濃度和空穴濃度都保持一個穩(wěn)定的數(shù)值,這種處于熱平衡狀態(tài)下的導電電子和空穴稱為熱平衡載流子。如果對半導體施加外界作用(如用光的或電的方法),破壞了熱平衡條件,使半導體處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài),則稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡狀態(tài)的半導體,其載流子比平衡狀態(tài)時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導體中,把非平衡電子稱為非平衡多數(shù)載流子,非平衡空穴稱為非平衡少數(shù)載流子。對P型半導體則相反。在半導體器件中,非平衡少數(shù)載流子往往起著重要的作用。

在一定溫度下,半導體處于熱平衡狀態(tài),半導體中的導電電子濃度和在外界條件作用下(例如光照),將產(chǎn)生附加的非平衡載流子,即電子—空穴對;外界條件撤消后,由于復合率大于產(chǎn)生率,非平衡載流子將逐漸復合消失掉,最后回復到熱平衡態(tài)。非平衡載流子濃度隨時間的衰減規(guī)律一般服從exp(-t/τ)的關系,常數(shù)τ表示非平衡載流子在復合前的平均生存時間,稱為非平衡載流子壽命。在外界條件作用下(例如光照),將產(chǎn)生附加的非平衡載流子,即電半導體在工業(yè)上廣泛地用于制作整流器、調(diào)制器、探測器、光電管、晶體管和大規(guī)模集成電路等等。半導體在工業(yè)上廣泛地用于制作整流器、調(diào)制器、探測器、光電管、廈門中山路LED夜景照明工程廈門中山路LED夜景照明工程1.1.2光電發(fā)射效應物體受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為外光電效應或稱光電發(fā)射效應，這種現(xiàn)象多發(fā)生于金屬和金屬氧化物。典型光電器件：光電管、光電倍增管。1.1.2光電發(fā)射效應物體受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱光電子能譜（photoelectronspectroscopy），利用光電效應的原理測量單色輻射從樣品上打出來的光電子的動能（并由此測定其結(jié)合能）、光電子強度和這些電子的角分布，并應用這些信息來研究原子、分子、凝聚相，尤其是固體表面的電子結(jié)構(gòu)的技術。對固體而言，光電子能譜是一項表面靈敏的技術。雖然入射光子能穿入固體的深部，但只有固體表面下20～30埃的一薄層中的光電子能逃逸出來（光子的非彈性散射平均自由程比電子的大10～10倍）,因此光電子反映的是固體表面的信息。在光電器件中，光電管、光電倍增管和某些光電器件都是建立在光電發(fā)射效應基礎上的。典型應用光電子能譜（photoelectronspect第113光電導效應課件光電發(fā)射效應的幾個規(guī)律：1、光電發(fā)射第一定律

當入射光線的頻譜成分不變時，光電陰極的飽和光電發(fā)射電流IK

與被陰極所吸收的光通量ΦK

成正比。即

IK=SKΦK式中SK為表征光電發(fā)射靈敏度的系數(shù)。用光電探測器進行光度測量、光電轉(zhuǎn)換的一個最重要的依據(jù)。光電發(fā)射效應的幾個規(guī)律：2、光電發(fā)射第二定律

發(fā)射出光電子的最大動能隨入射光頻率的增高而線性地增大，而與入射光的光強無關。即光電子發(fā)射的能量關系符合愛因斯坦方程：

式中h為普朗克恒量（6.626055±0.0000040×10-34J.s）；v為入射光頻率；me

為光電子的質(zhì)量；vmax為出射光電子的最大速率；φO

為光電陰極的逸出功。

2、光電發(fā)射第二定律

發(fā)射出光電子的最大動能隨入射光3、光電發(fā)射第三定律

當光照射某一給定金屬或某種物質(zhì)時，無論光的強度如何，如果入射光的頻率小于這一金屬的紅限vo，就不會產(chǎn)生光電子發(fā)射。顯然，在紅限處光電子的初速應該為零，因此，金屬的紅限為

vo=φo/h

3、光電發(fā)射第三定律

4、光電發(fā)射的瞬時性光電發(fā)射的延遲時間不超過3×10-13s的數(shù)量級。因此，實際上可以認為光電發(fā)射是無慣性的，這就決定了外光電效應器件具有很高的頻響。

光電發(fā)射瞬時性的原因是由于它不牽涉到電子在原子內(nèi)遷移到亞穩(wěn)態(tài)能級的物理過程。

4、光電發(fā)射的瞬時性1.1.3光電導效應1.定義：光電導效應指固體受光照而改變其電導率。半導體和絕緣體的效應1.1.3光電導效應1.定義：光電導效應指固體受光照而2.光電導體的三個重要參數(shù)1.光電導體的靈敏度光電導靈敏度的意義？和什么有關？2.光電導體的三個重要參數(shù)1.光電導體的靈敏度光電導靈G=βτ/tL

（1）

式中β為量子產(chǎn)額；τ為光生載流子壽命；tL為載流子在光電導兩極間的渡越時間，一般有

tL=l/μE=l2/μU（2）將式（1）代入式（2）可得

G=βτμU/l2

如果在光電導體中自由電子與空穴均參與導電，那么，光電增益的表達式為

G=β(τnμn+τpμp)U/l2

式中τn和τp分別為自由電子和空穴的壽命；μn和μp分別為自由電子和空穴的遷移率。

光電導的弛豫

光電導上升或下降的時間就是弛豫時間，或稱為響應時間。弛豫時間長---光電導反應慢---慣性大；弛豫時間短---光電導反應快---慣性小。

光電導的弛豫表現(xiàn)了光電導對光強變化反應的快慢光電導的弛豫在分析定態(tài)光電導和光強之間的關系時，通常討論下面的兩種情況：直線性光電導的弛豫過程和拋物線性光電導的弛豫過程。這兩種典型情況的△n（或△p）于光強的關系可表示成：△n=I式中為光電轉(zhuǎn)換因子，一般指在某一光強范圍內(nèi)的值在分析定態(tài)光電導和光強之間的關系時，通常討論下面的兩種情況：1）直線性光電導的弛豫過程（即光電導與光強呈線性關系）

△n=I

In

=

△n

/τIn是以光子計算的入射光強α為光電導體對光的吸收系數(shù)量子產(chǎn)額1）直線性光電導的弛豫過程（即光電導與光強呈線性關系）

恒定光照下決定光電導上升規(guī)律的微分方程為：

Q-R根據(jù)上式的初始條件t=0時，Δn=0，則方程的解為恒定光照下決定光電導上升規(guī)律的微分方程為：

Q-根據(jù)上升和下降的方程作圖如上?？梢钥吹?，在直線性光電導的弛豫中，光電流都按指數(shù)規(guī)律上升和下降。在t=τ時，光電流上升到飽和值的0.64（1-1/e），或下降到飽和值的0.36(1/e)，上升和下降是對稱的。因此定義為光電流的弛豫時間。(τ)根據(jù)上升和下降的方程作圖如上?？梢钥吹?，在直線性光電導的弛豫2）拋物線性光電導的弛豫過程

對拋物線性光電導材料，Δn（或Δp）與光強I的關系可表示為

同時，必須假設復合率與光生載流子密度的平方成正比，即

復合率=b（Δn）2

式中b為比例系數(shù)，這時的定態(tài)條件（Q=R）為

在拋物線性光電導中，決定光電導上升的微分方程為2）拋物線性光電導的弛豫過程

對拋物線性光電導材雙曲正切利用初始條件t=0時，Δn=0，可得式（1.1-18）的解為光照取消后，決定光電導下降的微分方程為

利用初始條件t=0時，，從式（1.1-20）可得解為拋物線性光電導的上升和下降的曲線如圖1.1.3-2所示。下降曲線是以橫軸為漸進線的一條雙曲線，因此稱這樣的下降規(guī)律為雙曲線性衰減。雙曲正切利用初始條件t=0時，Δn=0，可得式（1.在非線性光電導情況下，光電導的弛豫現(xiàn)象取決于復雜的復合機理，并且上升和下降都不對稱，我們可以用

來表示弛豫時間。光照開始后，經(jīng)過這段時間，光電導增加到定態(tài)值的tanh1=0.75。而光照停止后，光電導在這段時間內(nèi)減少到定態(tài)值的一半。圖1.1.3-2拋物線性光電導的上升和下降的曲線在非線性光電導情況下，光電導的弛豫現(xiàn)象取決于復雜的復合機理，靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。因為靈敏度通常指的是在一定條件下，單位照度所引起的光電流。因為3.光電導體的光譜分布什么叫光電導的光譜分布？產(chǎn)生光譜分布的本質(zhì)是什么？N*h*v3.光電導體的光譜分布N*h*v1）本征光電導的光譜分布

圖表示典型的半導體本征光電導的光譜分布。半導體的光電導與光照的波長有密切的關系1）本征光電導的光譜分布

圖表示典型的半導體本征光電導2）雜質(zhì)光電導的光譜分布

圖是典型的鍺摻金雜質(zhì)光電導光譜分布。本征光電導開始某波長處，曲線迅速下降-長波限圖1.1.3-4摻有不同量砷施主雜質(zhì)的摻金鍺雜質(zhì)光電導光譜分布曲線2）雜質(zhì)光電導的光譜分布

圖是典型的鍺摻金雜質(zhì)光電導光譜光電信息技術常敏changmin@Tel:55271048光電學院光電信息技術常敏光學Optics

（古希臘）

以幾何光學和物理光學為基礎——各種光學儀器和設備（顯微鏡、望遠鏡、照相機、經(jīng)緯儀、光譜儀）。

以電磁輻射為研究對象（黑體輻射）——以光與物質(zhì)相互作用為主要研究內(nèi)容（光電效應、光探測器、新型光源）。光學Optics（古希臘）電子學Electronics(1910年)

研究電子運動的各種物理過程和物理現(xiàn)象并加以廣泛利用的科學。研究電波的振蕩、傳播，電信號的放大、變換，頻率的穩(wěn)定，混合，檢波等等——半導體微電子學。電子學Electronics(1910年)光電子學Opto-electronics(1955)

光學與電子學相結(jié)合的產(chǎn)物。將電子學使用的電磁波頻率提高到光頻，產(chǎn)生電子學所不可能產(chǎn)生的許多新功能。以前由電子方法實現(xiàn)的任務現(xiàn)在用光學方法來完成——光電子技術。光電子學Opto-electronics(1955)光子學Photonics(1970)

關于光子的科學及其應用。描述光子在信息傳輸中的應用，包括光子束的產(chǎn)生、導波、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制、放大，圖象處理、存儲和探測”。激光——光子時代的領銜主角。光子學Photonics(1970)本課程學什么？介紹光電檢測技術的物理基礎、電光信息轉(zhuǎn)換、光電信息轉(zhuǎn)換和光電測控技術的應用。本課程學什么？

課程基本情況：

1）

學時：授課32,2）學分：2學分3）相關課程：電工與電子技術、工程光學等課程基本情況：

1）

學時：授課32,報告主題：提出一個運用光電技術的方案；報告評定原則：根據(jù)方案實現(xiàn)功能的新穎性、可行性、性價比，以及參與討論時的情況，從而判定學生創(chuàng)新能力和理解掌握本課程的程度。報告方式：每組4-6人，PPT，演講有加分。考核評定方式平時+報告報告主題：提出一個運用光電技術的方案；考核評定方式平時+報幾點要求：及時和老師溝通，溝通渠道55271048,changmin@有事情提前請假遵守課堂紀律幾點要求：第一章：光電信息技術物理基礎§1.1理論基礎

§1.1.1能帶理論

§1.1.2光電發(fā)射效應

§1.1.3光電導效應

§1.1.4光伏效應

§1.1.5熱釋電效應第一章：光電信息技術物理基礎原子核用能級表示電子繞核運動的運動狀態(tài)E0基態(tài)1SE2激發(fā)態(tài)2PE1激發(fā)態(tài)2S1.1.1能帶理論原子中電子的能級能帶是現(xiàn)代物理學描寫固體中原子外層電子運動的一種圖象。原子核用能級表示電子繞核運動的運動狀態(tài)E0基態(tài)1SE2激發(fā)態(tài)導體,半導體,絕緣體的區(qū)別是什么？各有什么不同的用途？導體絕緣體和半導體能帶有何異同?

半導體是什么意思?

導體的導電原理

什么是半導體？

什么叫半導體材料?

怎樣知道一個物品是導體還是絕緣體?

半導體中的芯片是什么?

導體,半導體,絕緣體的區(qū)別是什么？各有什么不同的用途？導體絕半導體的一些電學特性

①壓敏性：有的半導體在受到壓力后電阻發(fā)生較大的變化．

用途：制成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，以確定壓力的變化．

②熱敏性：有的半導體在受熱后電阻隨溫度升高而迅速減?。?/p>

用途：制成熱敏電阻，用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化．半導體的一些電學特性

①壓敏性：有的半導體在受到壓力后電阻價帶導帶禁帶價帶：能量最高的被價電子填滿的能帶導帶：價帶以上的能帶基本上是空的其中能量最低的能帶禁帶：價帶與導帶之間的區(qū)域能帶理論價帶導帶禁帶價帶：能量最高的被價電子填滿的能帶能帶理論晶體中原子的能帶圖1.1.1-2鈉原子的能級和結(jié)晶格中的能帶之比較電子可以在某些整個能帶內(nèi)運動晶體中原子的能帶圖1.1.1-2鈉原子的能級和結(jié)晶格中的能導體中的能帶考慮一種如圖所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能相當于鈉(Z=11)的能級。結(jié)論：具有如圖所示那樣能帶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)應為良導體，換句話說，良導體(也稱金屬)是那些最高能帶未被完全填滿的固體。又如:Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1)Mg(1S22S22P63S2)導體中的能帶考慮一種如圖所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能金屬能帶圖1.1.1-3導體內(nèi)的能帶價帶內(nèi)最上面的電子在外界電場的作用下，可產(chǎn)生集體運動！鈉是良導體金屬能帶圖1.1.1-3導體內(nèi)的能帶價帶內(nèi)最上面的電子在外界疑問：如上面的分析，那么Mg(鎂)是否屬于良導體呢？

6)2s(1鎂s222p3s2晶體能帶sspsp未滿帶1223滿

帶半滿帶3能帶重疊結(jié)論：實際上由于最高能帶可能發(fā)生重疊，鎂的3S電子可分布在

3S和3P能帶中，因此鎂應為良導體。對有些物質(zhì)，它們的原子具有滿充殼層，但是在固體時由于最上面的滿帶和一個空帶重疊的話，便成為導體，常稱這些物質(zhì)為半金屬。疑問：如上面的分析，那么Mg(鎂)是否屬于良導體呢？6)半金屬能帶半金屬能帶絕緣體的能帶現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，最高能帶即價帶是滿的，而且不與下一個全空的能帶重疊,如圖所示。結(jié)論：絕緣體最上面的價帶是滿的，同時和下一個空帶之間有幾個電子伏特能隙的固體。絕緣體的能帶現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，最高能帶即價帶是滿的，而且

絕緣體能帶

圖1.1.1-5絕緣體

絕緣體能帶圖1.1.1-5絕緣體半導體的能帶注意：半導體的能帶與絕緣體的能帶很相似，只不過價帶和導帶之間的能隙比絕緣體的要小得多。因此，半導體是一種絕緣體，但它們的價帶和導帶之間的能隙約為1eV或更小?，F(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)的最高能帶是滿的，而且不與下一個全空的能帶重疊。半導體的能帶注意：半導體的能帶與絕緣體的能帶很相似，只不過價第113光電導效應課件完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導體稱為本征半導體。含有缺陷和雜質(zhì)的半導體稱為非本征半導體。半導體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。半導體分類半導體分類實際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。因此半導體分為兩類：本征半導體：完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導體雜質(zhì)半導體N型半導體(摻有施主雜質(zhì)原子，有額外的電子)P型半導體(摻有受主雜質(zhì)原子，有額外的空穴)實際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導體的許多特性是由所含的多數(shù)載流子、少數(shù)載流子思考題：

P型半導體的多數(shù)載流子是？N型半導體的多數(shù)載流子是？載流子：晶體中荷載電流（或傳導電流）的粒子。金屬中為電子，半導體中有兩種載流子即電子和空穴。

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子思考題：載流子：晶體中荷載電流（或傳導在一定溫度下,半導體處于熱平衡狀態(tài),半導體中的導電電子濃度和空穴濃度都保持一個穩(wěn)定的數(shù)值,這種處于熱平衡狀態(tài)下的導電電子和空穴稱為熱平衡載流子。如果對半導體施加外界作用(如用光的或電的方法),破壞了熱平衡條件,使半導體處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài),則稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡狀態(tài)的半導體,其載流子比平衡狀態(tài)時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導體中,把非平衡電子稱為非平衡多數(shù)載流子,非平衡空穴稱為非平衡少數(shù)載流子。對P型半導體則相反。在半導體器件中,非平衡少數(shù)載流子往往起著重要的作用。

在一定溫度下,半導體處于熱平衡狀態(tài),半導體中的導電電子濃度和在外界條件作用下(例如光照),將產(chǎn)生附加的非平衡載流子,即電子—空穴對;外界條件撤消后,由于復合率大于產(chǎn)生率,非平衡載流子將逐漸復合消失掉,最后回復到熱平衡態(tài)。非平衡載流子濃度隨時間的衰減規(guī)律一般服從exp(-t/τ)的關系,常數(shù)τ表示非平衡載流子在復合前的平均生存時間,稱為非平衡載流子壽命。在外界條件作用下(例如光照),將產(chǎn)生附加的非平衡載流子,即電半導體在工業(yè)上廣泛地用于制作整流器、調(diào)制器、探測器、光電管、晶體管和大規(guī)模集成電路等等。半導體在工業(yè)上廣泛地用于制作整流器、調(diào)制器、探測器、光電管、廈門中山路LED夜景照明工程廈門中山路LED夜景照明工程1.1.2光電發(fā)射效應物體受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為外光電效應或稱光電發(fā)射效應，這種現(xiàn)象多發(fā)生于金屬和金屬氧化物。典型光電器件：光電管、光電倍增管。1.1.2光電發(fā)射效應物體受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱光電子能譜（photoelectronspectroscopy），利用光電效應的原理測量單色輻射從樣品上打出來的光電子的動能（并由此測定其結(jié)合能）、光電子強度和這些電子的角分布，并應用這些信息來研究原子、分子、凝聚相，尤其是固體表面的電子結(jié)構(gòu)的技術。對固體而言，光電子能譜是一項表面靈敏的技術。雖然入射光子能穿入固體的深部，但只有固體表面下20～30埃的一薄層中的光電子能逃逸出來（光子的非彈性散射平均自由程比電子的大10～10倍）,因此光電子反映的是固體表面的信息。在光電器件中，光電管、光電倍增管和某些光電器件都是建立在光電發(fā)射效應基礎上的。典型應用光電子能譜（photoelectronspect第113光電導效應課件光電發(fā)射效應的幾個規(guī)律：1、光電發(fā)射第一定律

當入射光線的頻譜成分不變時，光電陰極的飽和光電發(fā)射電流IK

與被陰極所吸收的光通量ΦK

成正比。即

IK=SKΦK式中SK為表征光電發(fā)射靈敏度的系數(shù)。用光電探測器進行光度測量、光電轉(zhuǎn)換的一個最重要的依據(jù)。光電發(fā)射效應的幾個規(guī)律：2、光電發(fā)射第二定律

發(fā)射出光電子的最大動能隨入射光頻率的增高而線性地增大，而與入射光的光強無關。即光電子發(fā)射的能量關系符合愛因斯坦方程：

式中h為普朗克恒量（6.626055±0.0000040×10-34J.s）；v為入射光頻率；me

為光電子的質(zhì)量；vmax為出射光電子的最大速率；φO

為光電陰極的逸出功。

2、光電發(fā)射第二定律

發(fā)射出光電子的最大動能隨入射光3、光電發(fā)射第三定律

當光照射某一給定金屬或某種物質(zhì)時，無論光的強度如何，如果入射光的頻率小于這一金屬的紅限vo，就不會產(chǎn)生光電子發(fā)射。顯然，在紅限處光電子的初速應該為零，因此，金屬的紅限為

vo=φo/h

3、光電發(fā)射第三定律

4、光電發(fā)射的瞬時性光電發(fā)射的延遲時間不超過3×10-13s的數(shù)量級。因此，實際上可以認為光電發(fā)射是無慣性的，這就決定了外光電效應器件具有很高的頻響。

光電發(fā)射瞬時性的原因是由于它不牽涉到電子在原子內(nèi)遷移到亞穩(wěn)態(tài)能級的物理過程。

4、光電發(fā)射的瞬時性1.1.3光電導效應1.定義：光電導效應指固體受光照而改變其電導率。半導體和絕緣體的效應1.1.3光電導效應1.定義：光電導效應指固體受光照而2.光電導體的三個重要參數(shù)1.光電導體的靈敏度光電導靈敏度的意義？和什么有關？2.光電導體的三個重要參數(shù)1.光電導體的靈敏度光電導靈G=βτ/tL

（1）

式中β為量子產(chǎn)額；τ為光生載流子壽命；tL為載流子在光電導兩極間的渡越時間，一般有

tL=l/μE=l2/μU（2）將式（1）代入式（2）可得

G=βτμU/l2

如果在光電導體中自由電子與空穴均參與導電，那么，光電增益的表達式為

G=β(τnμn+τpμp)U/l2

式中τn和τp分別為自由電子和空穴的壽命；μn和μp分別為自由電子和空穴的遷移率。

光電導的弛豫

光電導上升或下降的時間就是弛豫時間，或稱為響應時間。弛豫時間長---光電導反應慢---慣性大；弛豫時間短---光電導反應快---慣性小。

光電導的弛豫表現(xiàn)了光電導對光強變化反應的快慢光電導的弛豫在分析定態(tài)光電導和光強之間的關