光電檢測(cè)器件工作原理及特性

光電檢測(cè)器件工作原理及特性第一頁(yè)，共90頁(yè)。電磁波的范圍很廣，波長(zhǎng)從幾個(gè)皮米到數(shù)千米光波波長(zhǎng)區(qū)間約從幾個(gè)納米到1毫米左右可見(jiàn)光：0.38nm~0.78nm第二頁(yè)，共90頁(yè)。第三頁(yè)，共90頁(yè)。電磁理論能很好的解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和光在各向異性介質(zhì)中的傳播等現(xiàn)象。但是無(wú)法解釋光的吸收、散射和色散。1900年，普朗克提出輻射的量子論1905年，愛(ài)因斯坦提出光量子的概念波動(dòng)性光的傳播量子性與物質(zhì)的相互作用第四頁(yè)，共90頁(yè)。二、光輻射度量輻射是一種能的形式。光源一般指發(fā)光的物體。分為天然光源和人造光源。輻射能可以轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，從而可以用輻射能引起的能量或有效物理量來(lái)測(cè)量。光源的輻射特性可以用以下輻射量來(lái)表征：輻射能、輻射能密度、輻射通量、輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻照度。第五頁(yè)，共90頁(yè)。1、輻射能Qe以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量單位：焦耳（J）2、輻射能密度we光源在單位體積內(nèi)的輻射能單位：焦耳/米3（J/m3）3、反射通量（輻射功率、輻射能流）在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一定面積的輻射能單位：瓦（W）第六頁(yè)，共90頁(yè)。4、輻射強(qiáng)度Ie從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的，在單位時(shí)間內(nèi)單位立體角所輻射的能量單位：瓦/球面度（W/Sr)5、輻射出射度Me（輻射發(fā)射度）輻射體在單位面積內(nèi)所輻射的通量或功率單位：瓦/米2（W/m2)第七頁(yè)，共90頁(yè)。6、輻射亮度Le由輻射表面定向發(fā)射的輻射強(qiáng)度單位：瓦/（米2.球面度（W/（m2.Sr））第八頁(yè)，共90頁(yè)。7、輻照度Ee單位面積內(nèi)所接收到的輻射通量單位：瓦/米2（W/m2）第九頁(yè)，共90頁(yè)。三、光譜輻射度量（輻射量的光譜密度）1、光譜輻射通量光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量總的輻射通量（全色輻射通量）第十頁(yè)，共90頁(yè)。2、光譜輻射出射度3、光譜輻射強(qiáng)度4、光譜輻射亮度第十一頁(yè)，共90頁(yè)。5、光譜輻照度它們與總輻射度量值之間的關(guān)系：第十二頁(yè)，共90頁(yè)。第十三頁(yè)，共90頁(yè)。四、光度量光度量是人眼對(duì)相應(yīng)輻射度量的視覺(jué)強(qiáng)度值。人眼的光譜敏感特性可以由光譜光視效率（視見(jiàn)函數(shù)）來(lái)描述。第十四頁(yè)，共90頁(yè)。1、光通量光輻射通量對(duì)人眼所引起的視覺(jué)度值Km：最大光譜光視效能在波長(zhǎng)555nm出，光視函數(shù)取1時(shí)，輻射度量與光度量的比值。第十五頁(yè)，共90頁(yè)。2、發(fā)光強(qiáng)度I光源在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量單位：砍德拉cd3、光出射度M光源表面給定點(diǎn)處單位面積向半空間內(nèi)發(fā)出的光通量單位：流明/米2

lm/m2第十六頁(yè)，共90頁(yè)。4、光照度E被照明物體給定點(diǎn)處單位面積上的入射光通量單位：勒克斯lx點(diǎn)光源照明時(shí)的照度垂直照明時(shí)：第十七頁(yè)，共90頁(yè)。5、光亮度光源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度與該面元在垂直于給定發(fā)向的平面上的正投影面積之比單位：砍德拉/米2

cd/m2第十八頁(yè)，共90頁(yè)。第十九頁(yè)，共90頁(yè)。6、光量Q光通量對(duì)時(shí)間的積分第二十頁(yè)，共90頁(yè)。輻射度量與光度量半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)第二十一頁(yè)，共90頁(yè)。固體材料按其電阻率分為三類(lèi)：固體 電阻率 10-6~10-3Ω.cm絕緣體 電阻率 1012Ω.cm以上半導(dǎo)體 電阻率 10-3~1012Ω.cm常見(jiàn)半導(dǎo)體材料：元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、氧化物半導(dǎo)體、固熔體半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、玻璃半導(dǎo)體、稀土半導(dǎo)體等。1.2半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第二十二頁(yè)，共90頁(yè)。一、半導(dǎo)體的特性1、半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)一般為負(fù)，對(duì)溫度的變化非常敏感。2、導(dǎo)電性能可受微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。3、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力及性質(zhì)會(huì)受熱、光、電、磁等外界作用影響而發(fā)生非常重要的變化。第二十三頁(yè)，共90頁(yè)。二、能帶理論1、原子能級(jí)與晶體能級(jí)1）能級(jí)（EnergyLevel）在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個(gè)殼層上的電子具有分立的能量值，也就是電子按能級(jí)分布。用一條條高低不同的水平線(xiàn)表示電子的能級(jí)第二十四頁(yè)，共90頁(yè)。2）能帶（EnergyBand）原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊，殼層交疊使電子不再局限于某個(gè)原子上，有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運(yùn)動(dòng)到更遠(yuǎn)的原子殼層上去，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電子的共有化。共有化使能級(jí)發(fā)生擴(kuò)展，擴(kuò)展后的多個(gè)相鄰很近的能級(jí)統(tǒng)稱(chēng)為能帶。第二十五頁(yè)，共90頁(yè)。3）禁帶（ForbiddenBand）允許被電子占據(jù)的能帶稱(chēng)為允許帶。允許帶之間的范圍不允許電子占據(jù)稱(chēng)為禁帶。電子中是先占據(jù)原子殼層中的內(nèi)層允許帶，然后再向高能量的外面一層允許帶填充。被電子占滿(mǎn)的允許帶稱(chēng)為滿(mǎn)帶。每一個(gè)能級(jí)上都沒(méi)有電子的能帶稱(chēng)為空帶。第二十六頁(yè)，共90頁(yè)。4）價(jià)帶（ValenceBand）原子中最外層的電子稱(chēng)為價(jià)電子，與價(jià)電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶稱(chēng)為價(jià)帶。5）導(dǎo)帶（ConductionBand）價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱(chēng)為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶的底能級(jí) Ec價(jià)帶的頂能級(jí) Ev禁帶 Eg=Ec-Ev第二十七頁(yè)，共90頁(yè)。6）載流子導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過(guò)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)（形成電流）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種電流的載體稱(chēng)為載流子(carrier)。導(dǎo)體中的載流子為自由電子半導(dǎo)體中的載流子為帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。導(dǎo)帶中的電子數(shù)目和禁帶寬度決定了材料的導(dǎo)電性能。絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體第二十八頁(yè)，共90頁(yè)。2、本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體1）本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)完整、純凈的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。自由電子和空穴都是由于共價(jià)鍵破裂而產(chǎn)生的，所以電子濃度n等于空穴濃度p，并稱(chēng)之為本征載流子濃度ni，ni隨溫度升高而增加，隨禁帶寬度的增加而減小。第二十九頁(yè)，共90頁(yè)。2）雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體中人為地?fù)饺肷倭侩s質(zhì)形成摻雜半導(dǎo)體，雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能影響很大。3）摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級(jí)，因此會(huì)明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴數(shù)目，從而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。第三十頁(yè)，共90頁(yè)。N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的比較半導(dǎo)體所摻雜質(zhì)多數(shù)載流子（多子）少數(shù)載流子（少子）特性N型施主雜質(zhì)電子空穴電子濃度nn≥空穴濃度pnP型受主雜質(zhì)空穴電子電子濃度np≤空穴濃度pp第三十一頁(yè)，共90頁(yè)。3、熱平衡態(tài)下的載流子激發(fā)：電子獲得一定的能量從價(jià)帶躍遷到 導(dǎo)帶，形成自由電子和自由空穴。復(fù)合：電子從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量 的量子態(tài)，向晶格釋放能量。在一定溫度下，若沒(méi)有其他的外界作用，激發(fā)和復(fù)合相平衡，稱(chēng)為熱平衡狀態(tài)第三十二頁(yè)，共90頁(yè)。4、非平衡載流子1）激發(fā)和復(fù)合在外界作用時(shí)，激發(fā)大于復(fù)合，這種增加的電子和空穴稱(chēng)為非平衡載流子。濃度用表示。在導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子和空穴的濃度分別為第三十三頁(yè)，共90頁(yè)。有恒定光照時(shí)，n和p增大，復(fù)合率上升，直到達(dá)到新的平衡。光照停止時(shí)，n和p減小，復(fù)合率下降，再次達(dá)到平衡。2）復(fù)合與非平衡載流子壽命τ三種復(fù)合機(jī)制：直接復(fù)合 通過(guò)復(fù)合中心復(fù)合 表面復(fù)合直接復(fù)合導(dǎo)帶中電子直接跳回到價(jià)帶，與價(jià)帶中的空穴復(fù)合。第三十四頁(yè)，共90頁(yè)。通過(guò)復(fù)合中心復(fù)合復(fù)合中心指禁帶中雜質(zhì)及缺陷。通過(guò)復(fù)合中心間接復(fù)合包括四種情況：電子從導(dǎo)帶落入到復(fù)合中心稱(chēng)電子俘獲；電子從復(fù)合中心落入價(jià)帶稱(chēng)空穴俘獲；電子從復(fù)合中心被激發(fā)到導(dǎo)帶稱(chēng)電子發(fā)射；電子從價(jià)帶被激發(fā)到復(fù)合中心稱(chēng)空穴發(fā)射。第三十五頁(yè)，共90頁(yè)。非平衡載流子壽命τ非平衡載流子從產(chǎn)生到復(fù)合之前的平均存在時(shí)間。τ表征復(fù)合的強(qiáng)弱，τ小表示復(fù)合快，τ大表示復(fù)合慢。它決定了光電器件的時(shí)間特性，采用光激發(fā)方式的光生載流子壽命與光電轉(zhuǎn)換的效果有直接關(guān)系。τ的大小與材料的微觀復(fù)合結(jié)構(gòu)、摻雜、缺陷有關(guān)。第三十六頁(yè)，共90頁(yè)。5、半導(dǎo)體對(duì)光的吸收半導(dǎo)體材料吸收光子能量轉(zhuǎn)換成電能是光電器件的工作基礎(chǔ)。光垂直入射到半導(dǎo)體表面時(shí)，進(jìn)入到半導(dǎo)體內(nèi)的光強(qiáng)遵照吸收定律：第三十七頁(yè)，共90頁(yè)。1）本征吸收半導(dǎo)體吸收光子的能量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過(guò)程叫本征吸收。本征吸收的條件：入射光子的能量（hv）至少要等于材料的禁帶寬度Eg。即從而有材料的頻率閾值材料的波長(zhǎng)閾值第三十八頁(yè)，共90頁(yè)。幾種重要半導(dǎo)體材料的波長(zhǎng)閾值材料溫度/KEg/eV

λ/μm材料溫度/KEg/eV

λ/μmSe3001.80.69InSb3000.186.9Ge3000.811.5GaAs3001.350.92Si2901.091.1GaP3002.240.55PbS2950.432.9第三十九頁(yè)，共90頁(yè)。2）非本征吸收主要有四種： 雜質(zhì)吸收 自由載流子吸收 激子吸收 晶格吸收（1）雜質(zhì)吸收雜質(zhì)能級(jí)上的電子（或空穴）吸收光子能量從雜質(zhì)能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶（空穴躍遷到價(jià)帶），這種吸收稱(chēng)為雜質(zhì)吸收。雜質(zhì)吸收的波長(zhǎng)閾值多在紅外區(qū)或遠(yuǎn)紅外區(qū)。第四十頁(yè)，共90頁(yè)。（2）自由載流子吸收導(dǎo)帶內(nèi)的電子或價(jià)帶內(nèi)的空穴也能吸收光子能量，使它在本能帶內(nèi)由低能級(jí)遷移到高能級(jí)，這種吸收稱(chēng)為自由載流子吸收，表現(xiàn)為紅外吸收。（3）激子吸收能產(chǎn)生激子的光吸收稱(chēng)為激子吸收吸收光譜密集于本征吸收波長(zhǎng)閾值的紅外一側(cè)。第四十一頁(yè)，共90頁(yè)。（4）晶格吸收半導(dǎo)體原子能吸收能量較低的光子，并將其能量直接變?yōu)榫Ц竦恼駝?dòng)能，從而在遠(yuǎn)紅外區(qū)形成一個(gè)連續(xù)的吸收帶，這種吸收稱(chēng)為晶格吸收。半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是本征吸收。第四十二頁(yè)，共90頁(yè)。6、載流子的輸運(yùn)熱平衡時(shí)平均定向速度為零。非平衡時(shí)載流子的運(yùn)動(dòng)形式主要有： 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 漂移運(yùn)動(dòng)1）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子因濃度不均勻而發(fā)生的從濃度高的點(diǎn)向濃度低的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)主要是少數(shù)載流子第四十三頁(yè)，共90頁(yè)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)示意圖第四十四頁(yè)，共90頁(yè)。2）漂移運(yùn)動(dòng)載流子在外電場(chǎng)作用下，電子向正電極方向運(yùn)動(dòng)，空穴向負(fù)電極方向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移。漂移電流漂移運(yùn)動(dòng)主要是多數(shù)載流子第四十五頁(yè)，共90頁(yè)。輻射度量與光度量半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)第四十六頁(yè)，共90頁(yè)。光與物質(zhì)作用2.3光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)光電效應(yīng)光熱效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)溫差電效應(yīng)輻射熱計(jì)效應(yīng)第四十七頁(yè)，共90頁(yè)。1、光電發(fā)射效應(yīng)外光電效應(yīng)主要是光電發(fā)射效應(yīng)。指當(dāng)光照射到物體上使物體向真空中發(fā)射電子。它是真空光電器件光電陰極的物理基礎(chǔ)。第四十八頁(yè)，共90頁(yè)。1）外光電效應(yīng)基本定律（1）光電發(fā)射第一定律——斯托列夫定律當(dāng)照射到光陰極上的入射光頻率或頻譜成分不變時(shí)，飽和光電流（即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目）與入射光強(qiáng)度成正比：Ik：光電流Sk：光強(qiáng)F0：該陰極對(duì)入射光線(xiàn)的靈敏度第四十九頁(yè)，共90頁(yè)。（2）光電發(fā)射第二定律——愛(ài)因斯坦定律光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成正比，而與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)：Emax：光電子的最大初動(dòng)能。h：普朗克常數(shù)。v0：產(chǎn)生光電發(fā)射的極限頻率，頻率閾值。A：金屬電子的逸出功，也稱(chēng)功函數(shù)，單位eV。第五十頁(yè)，共90頁(yè)。波長(zhǎng)閾值光電發(fā)射效應(yīng)具有瞬時(shí)性。延遲時(shí)間不超過(guò)3x10-13s，具有很高的頻率響應(yīng)。第五十一頁(yè)，共90頁(yè)。2）光電發(fā)射的過(guò)程（三步）電子吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到能量高于真空能級(jí)的激發(fā)態(tài)。受激電子向表面運(yùn)動(dòng)，與電子、晶格碰撞，損失部分能量。達(dá)到表面的電子，若有足夠的能量足以克服表面勢(shì)壘對(duì)電子的束縛（即逸出功）時(shí)，即可從表面逸出。第五十二頁(yè)，共90頁(yè)。3）金屬的光電發(fā)射逸出深度很淺 幾個(gè)nm逸出功>3eV可見(jiàn)光（>410nm）能量小于3eV，難以產(chǎn)生光電發(fā)射。銫（2eV的逸出功）對(duì)可見(jiàn)光靈敏，但量子效率很低（<0.1%）第五十三頁(yè)，共90頁(yè)。4）半導(dǎo)體的光電發(fā)射電子親和勢(shì)：真空能級(jí)與價(jià)帶能級(jí)之差。材料本身、雜質(zhì)、表面對(duì)半導(dǎo)體能級(jí)影響都很大，一般P型半導(dǎo)體的電子親和勢(shì)較小。實(shí)用光陰極幾乎全采用P型半導(dǎo)體材料作為襯底，然后在它的表面涂上帶正電性的金屬或者N型材料而制成。第五十四頁(yè)，共90頁(yè)。第五十五頁(yè)，共90頁(yè)。2、光電導(dǎo)效應(yīng)光照變化引起半導(dǎo)體材料電學(xué)性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱(chēng)光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時(shí)，材料吸收光子的能量，使非傳導(dǎo)態(tài)電子變?yōu)閭鲗?dǎo)態(tài)電子，引起載流子濃度增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。1873年發(fā)現(xiàn)光電導(dǎo)效應(yīng)。分為本征光電導(dǎo)效應(yīng)和非本征光電導(dǎo)效應(yīng)。第五十六頁(yè)，共90頁(yè)。1)本征光電導(dǎo)效應(yīng)當(dāng)光子能量hv>Eg時(shí),可產(chǎn)生本征光電導(dǎo)。穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)暗態(tài)：半導(dǎo)體無(wú)光照時(shí)亮態(tài)：有光照時(shí)暗電導(dǎo)、亮電導(dǎo)、暗電流、亮電流第五十七頁(yè)，共90頁(yè)。光電導(dǎo)：亮電導(dǎo)與暗電導(dǎo)之差光電流：亮電流與暗電流之差暗態(tài)下：亮態(tài)下：第五十八頁(yè)，共90頁(yè)。亮態(tài)與暗態(tài)之差：：光致電導(dǎo)率的變化量2）光電導(dǎo)的弛豫過(guò)程光電導(dǎo)材料從光照開(kāi)始到獲得穩(wěn)定的光電流是要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的。同樣光照停止后光電流也是逐漸消失的。這些現(xiàn)象稱(chēng)為弛豫過(guò)程或惰性第五十九頁(yè)，共90頁(yè)。矩形光照脈沖時(shí)：上升時(shí)間常數(shù)τr

：光生載流子濃度從零增長(zhǎng)到穩(wěn)態(tài)值63%時(shí)所需的時(shí)間。下降時(shí)間常數(shù)τf

：從停光前穩(wěn)態(tài)值衰減到37%時(shí)所需的時(shí)間。第六十頁(yè)，共90頁(yè)。正弦光照時(shí)：光生載流子濃度Δn0：中頻時(shí)非平衡載流子濃度。ω：圓頻率，ω=2πf。τ：非平衡載流子平均壽命，在這里稱(chēng)時(shí)間常數(shù)。第六十一頁(yè)，共90頁(yè)。Δn隨ω的增加而減小第六十二頁(yè)，共90頁(yè)。3）光電導(dǎo)增益長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光電導(dǎo)體在兩端加上電壓U后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場(chǎng)作用下形成的外電流與光生載流子在內(nèi)部形成的光電流之比。τ為器件的時(shí)間響應(yīng)；tdr載流子在兩極間渡越時(shí)間。第六十三頁(yè)，共90頁(yè)。減小電極之間的距離，從而既可減小載流子的有效極間渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。光電導(dǎo)增益與帶寬之積為一常數(shù)光電導(dǎo)增益與帶寬成反比關(guān)系。第六十四頁(yè)，共90頁(yè)。4）雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)為雜質(zhì)的電離能很小。為了避免熱激發(fā)的載流子產(chǎn)生的噪聲超過(guò)光激發(fā)的信號(hào)載流子，多數(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件都必須工作在低溫狀態(tài)，因此在使用中常將光電器件放在裝有制冷劑的容器中。第六十五頁(yè)，共90頁(yè)。3、光生伏特效應(yīng)光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。1）熱平衡下的PN結(jié)熱平衡下，單純的N型和P型半導(dǎo)體模型及能帶圖：第六十六頁(yè)，共90頁(yè)。PN結(jié)模型及能帶圖：結(jié)區(qū)內(nèi)形成一個(gè)由N指向P的電場(chǎng)，稱(chēng)為內(nèi)建電場(chǎng)。該電場(chǎng)形成勢(shì)壘，使能級(jí)發(fā)生彎曲。第六十七頁(yè)，共90頁(yè)。2）光照下的PN結(jié)當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，樣品對(duì)光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。N區(qū)邊界積累光生電子P區(qū)邊界積累光生空穴產(chǎn)生光生電場(chǎng)PN勢(shì)壘降低結(jié)電流PN；光電流NP第六十八頁(yè)，共90頁(yè)。3）PN結(jié)電流方程I：總電流 Ip：光生電流Is：PN結(jié)反向飽和電流V：PN結(jié)兩端電壓（包括外加電壓，光生電壓）第六十九頁(yè)，共90頁(yè)。開(kāi)路電壓：I=0負(fù)載時(shí)的電壓：光電流（短路電流）：V=0光伏器件的響應(yīng)速度比光電導(dǎo)器件快。第七十頁(yè)，共90頁(yè)。4、光熱效應(yīng)某些物質(zhì)在受到光照射后，由于溫度變化而造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。熱釋電效應(yīng)輻射熱計(jì)效應(yīng)溫差電效應(yīng)第七十一頁(yè)，共90頁(yè)。1）熱釋電效應(yīng)光輻射強(qiáng)度變化物質(zhì)溫度變化自發(fā)輻射極化強(qiáng)度變化表面的電荷面密度溫度↑極化強(qiáng)度↓電荷面密度↓響應(yīng)速度快，弛豫時(shí)間約10-12s第七十二頁(yè)，共90頁(yè)。2）輻射熱計(jì)效應(yīng)入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象稱(chēng)為測(cè)輻射熱計(jì)效應(yīng)。為電阻溫度系數(shù)

金屬：半導(dǎo)體：第七十三頁(yè)，共90頁(yè)。3）溫差效應(yīng)兩種不同材料制成的結(jié)點(diǎn)由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為溫差電效應(yīng)。第七十四頁(yè)，共90頁(yè)。輻射度量與光度量半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)第七十五頁(yè)，共90頁(yè)。光電檢測(cè)器件的特點(diǎn):響應(yīng)波長(zhǎng)有選擇響應(yīng)快1、有關(guān)響應(yīng)方面的特性參數(shù)響應(yīng)度、光譜響應(yīng)度、積分響應(yīng)度、響應(yīng)時(shí)間、頻率響應(yīng)2.4光電檢測(cè)器件的特性參數(shù)第七十六頁(yè)，共90頁(yè)。1）響應(yīng)度（或稱(chēng)靈敏度）定義為光電檢測(cè)器輸出電壓V0或輸出電流I0與入射光功率P（或通量Φ）之比。2）光譜響應(yīng)度光電檢測(cè)器的輸出電壓或輸出電流與入射到檢測(cè)器上的單色輻通量（光通量）之比。電壓響應(yīng)度：電流響應(yīng)度：第七十七頁(yè)，共90頁(yè)。光譜響應(yīng)度是表述入射的單色通量或光通量所產(chǎn)生的檢測(cè)器的輸出電壓（或電流）。它的值愈大意味著檢測(cè)器愈靈敏。3）積分響應(yīng)度積分響應(yīng)度表示檢測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)的輻射光連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度。第七十八頁(yè)，共90頁(yè)?？偼浚汗怆娏鳎悍e分響應(yīng)度：不同的輻射源，或不同色溫的同一輻射源所發(fā)生的光譜量分布也不同，因此提供數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫。第七十九頁(yè)，共90頁(yè)。4）響應(yīng)時(shí)間當(dāng)入射輻射到光電檢測(cè)器后或入射輻射遮斷后，光電檢測(cè)器的輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需時(shí)間稱(chēng)為響應(yīng)時(shí)間。上升時(shí)間：10%90% tr下降時(shí)間：90%10% tf第八十頁(yè)，共90頁(yè)。5）頻率響應(yīng)光電檢測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱(chēng)為頻率響應(yīng)

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