1、光電檢測技術,教材： 雷玉堂編，光電檢測技術，中國計量出版社 參考教材： 光電檢測技術與應用 郭培源 北京航空航天大學出版社 光電信號檢測 吳杰 哈爾濱工業(yè)出版社 光電檢測技術 高稚允 國防工業(yè)出版社,2,人類通過自身的感覺器官從外界獲取信息,3,再次認識人眼,高靈敏度：光的輻射通量2*10-172*10-5W 高分辨力 P2 對不同波長光靈敏度不同：存在明暗視見函數 0.1s的視覺暫留時間和50ms的動態(tài)響應時間,4,材料的檢測與控制技術,4/60,5,五官與傳感器,6,狹義：“光電子材料”替代“人眼”,7,各種光電傳感器：,8,第一章 光電檢測技術基礎,1.1 輻射度量和光度量 1.2 半

2、導體物理基礎 1.3 光電效應,9,1.1 輻射度量和光度量,一、光的基本性質 光的微粒流學說 牛頓，17世紀:反射、折射 光的波動學說:電磁波 惠更斯，楊氏，麥克斯韋（1860）：干涉、衍射、偏振 光的波粒二象性 電磁波(光傳播時)：干涉、衍射、偏振、反射、折射 光子流 (與物質作用)：發(fā)射、吸收、色散、散射,10,11,光的基本特性 光譜范圍：1pm1mm，波長短 可見光波長：380nm780nm 真空中光速: 光在媒質中傳播速度: v=/n 光子能量：E= h 光子動量：p = h/c = h/ 普朗克常數:,一、光的基本性質,1.1 輻射度量和光度量,12,二、光輻射度量,1.1 輻射

3、度量和光度量,13,三、光譜輻射度量：光譜分布,1.1 輻射度量和光度量,14,四、光度量：可見光,根據人眼的視覺強度來定義 能量相同而波長不同的光引起人眼的視覺強度不同 光譜光視效率（視見函數）V() 國際照明委員會CIE定義 明視覺時：555nm處最大，V（）=1 明視覺：白天正常光照 暗視覺：夜間弱光照射,15,1.1 輻射度量和光度量,16,1.輻射度學,對各種電磁輻射進行定量評價,工具：光接收器件,結果：,與光能量相關的各種物理量,評價對象：電磁輻射,2.光度學,工具：人眼,對象：可見光輻射,對可見輻射作用于人眼所引起的“光”感覺進行定量評價，是一種生理效應,用下標(e),無（e）下

4、標或用下標(v),輻射度學和光度學物理量的定義比較,17,1. 輻射功率（輻射通量）,對于輻射源說-單位時間內向空間各個方向發(fā)射的總能量。,單位：W（瓦特）,對于電磁波的傳播-單位時間通過某一截面的電磁波能量,對于電磁波的接收-單位時間內某一截面接收到的電磁能,如果是多波長輻射，則有：,光譜功率譜密度,輻射度學基本物理量,18,點光源: 在某一方向上，在單位立體角內發(fā)出的輻射通量（描述輻射體在不同方向上的輻射特性）。,2、輻射強度,單位：,向空間各個方向輻射均勻的點光源：,如果輻射是多波長的電磁波則：,如果輻射不均勻，則方向上的輻射強度，可表示為：,19,3、輻射亮度,單位：,-表征發(fā)光面發(fā)光

5、強弱并與發(fā)光面特性有關的物理量。 面元dS 在方向的光亮度定義為： 此面元在方向d體積角內的的輻射通量de 除立體角的大小d 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS) 。,如果是多波長輻射則：,如果輻射不均勻，則方向上的輻亮度，可表示為：,20,4、輻射出射度,- 光源單位時間由單位表面積輻射出的電磁能（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的輻通量。用來描述輻射體表面不同位置的輻射特性。,單位：W/m2,- 受照面上單位時間單位表面積接受的輻射能，或單位表面積接受的輻通量。,5、輻照度,單位：W/m2,同樣有：,同樣有：,21,光度學基本物理量,（一）光度學量和輻射度學量的關系,1. 光

6、譜靈敏度K 及 視見函數V,相同,波長（）不同,產生對人眼不同的刺激程度,人眼對光的感受是光波長的函數,單位時間內發(fā)射、傳播或接收的光譜光量(人眼) 單位時間內發(fā)射、傳播或接收的光量(人眼),(1)光譜靈敏度,22,定義: 視見函數,(2)視見函數,23,24,（二）光度學量,25,26,-面元dS在方向d體積角內的的光通量dv 除立體角的大小d 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS)。,3、光亮度,單位：,輻射亮度,-面元dS在方向d體積角內的的輻通量de 除立體角的大小d 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS)。,2,2,27,4、光出射度,- 光源單位時間由單位表面積輻射出的

7、光量（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的光通量。,單位：lm/m2,輻射出射度,- 光源單位時間由單位表面積輻射出的電磁能（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的輻通量。,單位：W/m2,28,- 受照面上單位時間單位表面積接受的光量，或單位表面積接受的光通量。,5、（光）照度,單位：lm/m2,- 受照面上單位時間單位表面積接受的輻射能，或單位表面積接受的輻通量。,輻照度,單位：W/m2,(lx 勒克斯）,29,其它基本概念,1. 點源,某面元上的照度與面元到光源的距離的平方成反比-平方反比定律 同時也與面源的方向有關,I,對于沿各方向勻均輻射的點源,點源對面的（光）照度-（與強度的

8、關系）,總光通量為：,30,2. 擴展源-有一定面積的輻射源,朗伯源 或稱為 余弦輻射體,向空間各個方向的輻射亮度相同，理想化的擴展源,發(fā)光強度I 與方向角滿足余弦定律的發(fā)光體。大部分發(fā)光體都有此性質,常數,31,根據輻射出射度的定義,根據亮度的定義,可證：,32,3. 漫反射面,-把入射光向各個方向均勻的散射的各種表面,設某一漫反射面dS所受的光照度為E，則此面接收到的光通量為：,設此反射面的反射系數為K，則它反射的光通量為：,透明漫反射體亮度減半,33,4. 定向輻射體,-光線的發(fā)射方向比較集中,如：激光器,太陽的輻射亮度只有3*108W/(sr.m2),34,1.2 半導體物理基礎,電阻

9、率介于導體和絕緣體之間的物質。 一、半導體的特性 半導體特性 電阻溫度系數是負的，對溫度變化敏感。 導電性能可受極微量雜質的影響而發(fā)生十分顯著的變化。 半導體的導電能力及性質會受熱、光、電、磁等外界作用的影響而發(fā)生顯著的變化。 常見半導體材料有： 元素半導體：硅、鍺、硒 化合物半導體：GaAs、鋁砷化鎵、InSb,CdS,PbS 氧化亞銅的氧化物：砷化鎵磷化鎵固熔半導體 有機半導體、玻璃半導體、稀土半導體 半導體器件:利用半導體的特殊電學特性制成的器件,35,二、能帶理論,1.2 半導體物理基礎,原子中電子的能級 原子由帶正電的原子核與一些帶負電的電子組成 電子繞核運動，具有完全確定的能量 能

10、級：電子運動的每一量子態(tài)所具有的確定能量稱為能級。 原子中的電子沒有完全確定的軌道 泡利不相容原理： 在每一個能級中，最多只能容納兩個自旋方向相反的電子,36,晶體中電子的能帶 晶體：原子（粒子）以一定的周期重復排列所構成的物體 晶體中電子的共有化：原子之間距離很近，致使離原子核較遠的電子軌道發(fā)生交疊，使電子不再屬于某個原子，有可能轉移到相鄰原子及更遠的原子殼層上去，成為整個晶體所共有 電子只能在能量相同的量子態(tài)之間轉移 N個原子排列成晶體時，原來分屬于N個原子的相同能級必須對應分裂成屬于整個晶體的N個能量稍有差別的能級 能帶：與此相對應的能量密集的能級稱為能帶。,37,二、能帶理論,1.2

11、半導體物理基礎,38,原子的能限和結晶格中的能帶之比較,圖1.1.1-3導體內的能帶,半導體內的能帶,外加電場時，非滿帶形成電流；而嚴格滿帶不產生電流。 半導體在有限溫度時，理論的嚴格滿帶會變得不滿。,39,二、能帶理論,價帶中的空穴,導帶中的電子,3. 半導體的導電機制 電流：電場作用電子的定向運動 導電條件: 1)向電子提供能量; 2)電子要躍入的能級是空的 價帶中的電子離開所留空位稱為空穴 電子和空穴統(tǒng)稱為載流子 外加電場時，非滿帶載流子在無規(guī)則熱運動中迭加了定向運動，形成電流；而滿帶不產生電流。 導帶中電子越多，導電能力越強； 價帶中空穴越多，導電能力越強,為什么半導體在有限溫度時，理

12、論的嚴格滿帶會變得不滿，導帶的電子及價帶的空穴如何產生：分兩種情況討論（本征半導體和雜質半導體）。,40,3. 半導體的導電機制 本征半導體 完全純凈、結構完整的半導體稱為本征半導體 本征激發(fā)：電子由價帶直接激發(fā)躍遷到導帶 本征半導體的載流子只能依靠本征激發(fā)產生 導帶電子和價帶空穴相等,二、能帶理論,1.2 半導體物理基礎,價帶,導帶,禁帶,本征激發(fā)（熱或者光等外界因素）,常溫下,不導電,弱導電性,41,3. 半導體的導電機構 雜質半導體： 半導體中人為地摻入少量雜質形成摻雜半導體，雜質對半導體導電性能影響很大（晶體的缺陷也有類似效果）。 雜質能級和晶體中其它能級不同，可處于晶體能帶間的禁帶中

13、（對導電性影響巨大） N型半導體：主要由電子導電（此時電子又稱為多子） 在四價原子硅（Si）晶體中摻入五價原子，例如磷（P）或砷（As），形成N型半導體，電子為多數載流子 通常，施主能級離導帶底較近，導帶中電子多于價帶中空穴 P型半導體：主要由空穴導電（此時空穴被稱為多子） 在四價原子硅（Si）晶體中摻入三價原子，例如硼（B），形成P型半導體，空穴為少數載流子 受主能級離價帶頂較近，價帶中空穴多于導帶中電子,1.2 半導體物理基礎,42,常溫下,43,價帶,導帶,雜質能級,低溫下,雜質激發(fā)+本征激發(fā),44,三、熱平衡載流子,在一定溫度下，若沒有其他的外界作用，半導體中的自由電子和空穴是由熱激發(fā)

14、產生的。載流子的激發(fā)和復合（電子找到空穴相互抵消）兩種過程處于熱平衡狀態(tài)，載流子濃度為某一穩(wěn)定值。,1.2 半導體物理基礎,本征半導體中的載流子,開始時：激發(fā)復合,一段時間后：激發(fā)=復合,（載流子濃度增大）,（載流子濃度穩(wěn)定）,設由低溫到高溫的過程,45,三、熱平衡載流子,根據量子理論和泡利不相容原理，能態(tài)分布服從費米統(tǒng)計分布規(guī)律，能量為E的能態(tài)被電子占據的概率f(E)由費米-狄拉克函數給出，即 導帶電子濃度n和價帶空穴濃度p,f(E)：費米分布函數，能量E的概率函數 k：波耳茲曼常數，1.3810-23J/K T：絕對溫度 EF：費米能級（一般認為：低于費米能級處滿帶）,1.2 半導體物理基

15、礎,N_：導帶的有效能級密度 N+：價帶的有效能級密度 E_：導帶底 E+：價帶頂,46,本征半導體中，電子和空穴濃度相等，即n=p, 本征載流子濃度為一恒定值 式中Eg=E_-E+為禁帶寬度，說明熱平衡時兩種載流子濃度的乘積等于一個常數（雜質半導體中乘積滿足相同常數）。 本征半導體費米能級（基本位于禁帶中央）,1.2 半導體物理基礎,三、熱平衡載流子,雜質半導體費米能級 N型位于施主能級和導帶底的正中間（近似填滿） P型位于受主能級和價帶底的正中間（近似空帶） 溫度升高時逐漸向本征費米能級靠近（雜質對低溫導電影響大）,47,熱平衡態(tài)下，半導體內部電子和空穴的產生率和復合率相等，系統(tǒng)保持相對平

16、衡狀態(tài) 半導體在外界條件有變化（如受光照、外電場作用、溫度變化）時，載流子濃度要隨之發(fā)生變化，此時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為非熱平衡態(tài)。 非熱平衡時導帶和價帶中電子和空穴的濃度為 n=n0+ n p=p0+ p 保持外界條件不變，系統(tǒng)將逐漸達到新的平衡狀態(tài)，載流子濃度增加。撤掉外界條件，系統(tǒng)又將恢復原來的平衡狀態(tài),四、非平衡載流子,1.2 半導體物理基礎,48,四、非平衡載流子,描述復合的參數-壽命 使非平衡載流子濃度增加的運動稱為產生 使非平衡載流子濃度減少的運動稱為復合 復合率：=n/(或p/) 非平衡載流子壽命（P32） 它表征復合的強弱，小表示復合快，大表示復合慢 非平衡載流子的衰減隨時間的變化關

17、系 它決定了光電器件的時間特性 非平衡載流子從產生到復合之前的平均存在時間,1.2 半導體物理基礎,49,四、非平衡載流子,非平衡載流子的復合方式（P33圖2-13） 直接復合： 導帶中電子直接跳到價帶，與價帶中空穴復合。 間接復合：通過復合中心復合 復合中心指禁帶中雜質（深能級雜志）及缺陷 間接復合：電子從導帶落入到復合中心稱電子俘獲；電子從復合中心落入價帶稱空穴俘獲；。 體內復合與表面復合： 材料表面在研磨、拋光時會出現(xiàn)許多缺陷與損傷，從而產生大量復合中心。發(fā)生于半導體表面的復合過程稱為表面復合。,1.2 半導體物理基礎,雜質除了改變載流子，提供復合中心，還可以充當陷阱，積累載流子（形式上

18、與施主、受主作用相反）。,50,陷阱效應 半導體內雜質上的電子數會因某種原因增加或減少,形成累積非平衡載流子的作用就叫陷阱作用 所有雜質均有一定的陷阱作用，但有顯著陷阱作用的雜質能級稱為陷阱 顯著陷阱作用的條件 俘獲電子和空穴的能力差別大（稱作電子陷阱或空穴陷阱） 陷阱對少子作用更明顯（寬禁帶、低溫），對于多數載流子，除非陷阱密度較大到可與多子相比擬時，陷阱效應才不能忽略 雜質能級的位置：如對于電子陷阱，雜質能級得在費米能級之上較深的位置（有空位，且熱激發(fā)盡量弱），即能夠盡量與費米能級重合,陷阱效應最顯著（空穴陷阱類似也得盡可能與費米能級重合） 陷阱效應影響半導體的性質:壽命,靈敏度等（如少子

19、陷阱，增加了多子的壽命，提高定態(tài)光電導靈敏度；多子陷阱，減少多子數目，減弱定態(tài)光電導靈敏度。）,四、非平衡載流子,1.2 半導體物理基礎,51,五、載流子的運動：擴散和漂移,1.擴散運動:高濃度 低濃度 載流子濃度不均勻情況下的無規(guī)則熱運動的結果 擴散流與濃度梯度成正比 2.漂移運動:外電場驅使 載流子在電場的加速作用下，除熱運動之外獲得的附加運動 忽略擴散，漂移+散射平均漂移速度: 3.混合運動:擴散+漂移 擴散系數與遷移率關系（適用平衡及非平衡情況，一般情況漂移電流多子貢獻，擴散電流少子貢獻）,1.2 半導體物理基礎,52,1.本征吸收(吸收系數105，發(fā)生在微米量級的表面層內，表面狀態(tài)影

20、響大) 光子作用使電子由價帶躍遷到導帶 入射光子能量大于禁帶寬度時(hEg)才能發(fā)生本征吸收 長波限0：0 =ch/Eg=1.24/Eg(m) 2.雜質吸收 雜質能級中的電子與空穴吸收光子后躍遷 雜質電子吸收光子，會從雜質能級躍遷到導帶；價帶電子吸收光子，會從價帶能級躍入雜質能級 長波限0：0 =ch/Ei=1.24/Ei(m) 出現(xiàn)在本征吸收限外的長波區(qū),六、半導體對光的吸收,1.2 半導體物理基礎,53,3.自由載流子吸收 自由載流子在同一能帶內不同能級之間的躍遷 吸收系數與波長的關系（吸收光譜）： 光子牽引效應（外加動量的傳遞，光生伏特效應） 4.激子吸收 吸收光子形成可動的電子-空穴對

21、(激子)，整體自由運動、電中性 激子能量小于電子，能級處于禁帶中（長波限的長波側形成尖銳的吸收線） 5.晶格吸收 光子直接轉變成晶格原子的振動 晶格原子振動能量的變化為h的整數倍（光譜范圍與晶格振動頻率在一個數量級）,1.2 半導體物理基礎,54,七、PN結及金屬與半導體的接觸,半導體:P型、N型、本征型(i型) 合而成結（過渡區(qū)）：Pi結、Ni結、PN結 .結原理 對半導體分別摻P型和N型雜質,形成從P型區(qū)到N型區(qū)之間的過渡區(qū)稱為PN結 擴散形成內建電場(微米量級，強電場) 熱平衡下的PN結 內建電勢 正向導電性 平衡過程將兩個費米能級拉平（兩種理解：經典擴散理論或量子論化學勢角度）,1.2

22、 半導體物理基礎,55,勢壘形成及外場作用,56,p-n結單向導電的原因在于：由于結區(qū)中載流子濃度很低，是高阻區(qū)，如果加上正向偏壓V，V使P區(qū)電勢升高，則勢壘降低，電子不斷從n區(qū)向P區(qū)擴散，空穴也不斷從p區(qū)向n區(qū)擴散，由于是多子運動，所以隨外加電壓的增加。擴散電流顯著增加；反之施加反向偏壓-V時，外加電場與自建電場一致，使勢壘升高，由于是少子運動，所以反向電流很小，且不隨反向電場的增大而增加。,57,非平衡態(tài)下的PN結 電子、空穴濃度積： 準費米能級 平衡時，V=0， PN結加正向電壓（或光照）時，V0，增加的載流子形成正向電流（勢壘VD降為VD-V） PN結加反向電壓時，V0，減少的載流子形

23、成反向電流（提高勢壘，易飽和） PN結伏安特性公式（純擴散）,1.2 半導體物理基礎,指數關系,58,七、PN結及金屬與半導體的接觸,2.半導體異質結 禁帶寬度不同的兩種不同質半導體材料接觸而組成的結 兩種不同的半導體材料構成的結 金屬、絕緣體與半導體構成的結 Anderson假設 晶格完全匹配：晶格結構、晶格常數、熱膨脹系數相同 具有不同的禁帶寬度、介電常數、功函數（費米能級到真空能級差）、電子親和能（導帶到真空能級差） 異質結能帶結構 晶格失配系數1% 內建電場為兩種材料兩個內建電場電壓之和 異質結的電流-電壓特性：指數規(guī)律,1.2 半導體物理基礎,阻止電子擴散的勢壘遠比阻止空穴的勢壘?。?/p>

24、空穴擴散忽略，僅考慮正反向電子電流，且有V1V2）,59,七、PN結及金屬與半導體的接觸,3.肖特基勢壘 金屬與半導體接觸界面耗盡層勢壘 阻擋接觸（理解右圖） 金屬與N型(a):耗盡層 金屬與P型(b):空穴勢壘 加正向偏壓(c) (d) 加反向偏壓(e) (f) 電流-電壓關系 電流是多數載流子越過勢壘的熱離子發(fā)射產生的,1.2 半導體物理基礎,與PN結完全類似的指數關系 （正向偏置：使勢壘降低，注意金屬端的極性）,N,P,注意：輸運實驗中要避免肖特基接觸！,60,4.注入接觸（I-V超線性關系）與歐姆接觸（線性關系） 金屬與N型半導體的接觸(a) 金屬的費米能級高于半導體 電子由金屬注入半

25、導體,構成負空間電荷區(qū) 金屬與P型半導體的接觸(b) 半導體的費米能級高于金屬 電子由半導體注入金屬,構成正空間電荷區(qū) 注入接觸:空間電荷區(qū) 歐姆接觸:金屬與半導體逸出功相同,無電荷轉移,1.2 半導體物理基礎,61,1.3 光電效應,光電效應：因光照而引起物體電學特性改變的現(xiàn)象 發(fā)射電子、導電率變化、產生光電動勢 外光電效應（金屬及金屬氧化物）:光電管、光電倍增管 受光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象 內光電效應（半導體及絕緣體） 光照后所產生的光電子只在物質內部運動而不會逸出物質外部 光電導效應:光照后載流子顯著增加而電阻減小 光生伏特效應:光照時在半導體兩側產生光電動勢,62,硫化物、氧化物、鹵化

26、物 光照時電阻減少 本征光電導 光照使電子獲得足夠能量越過禁帶而躍入導帶，產生大量光生載流子參與導電 長波閥值：0=1.44/Eg 雜質光電導 P、N型半導體 雜質光電導比本征光電導微弱（雜質原子少） 描述參數： 1.靈敏度 2.弛豫時間 3.光譜分布,一、光電導效應,1.3 光電效應,63,一、光電導效應,1.光電導體的靈敏度 給定條件下,單位照度所引起的光電流 用光電增益G表示：,，電場強度 ，遷移率：載流子在單位電場作用下的漂移速度 l,光電導體兩極間距 U，外加電源電壓 與非平衡載流子壽命、遷移率成正比,與電極間距平方成反比 若電子空穴都參與導電,，量了產額(量子效率)：吸收一個光子所

27、產生的電子空穴對數 ，光生載流子壽命 tL，載流子在光電導兩極間的渡越時間,64,一、光電導效應,2.光電導的弛豫（光生載流子的產生與復合不是瞬時完成） 光照后光電導重新達到穩(wěn)態(tài)所需時間 弛豫時間長，慣性大；弛豫時間短，則慣性小 光生載流子濃度（與光電導增量成正比）與光強的關系： 直線性光電導（定態(tài) ） 定態(tài)情形（光持續(xù)穩(wěn)定或持續(xù)沒有，即平衡態(tài)，此時復合率等于產生率）： 非定態(tài)情形（1）：剛開始光照時 非定態(tài)情形（2）：剛結束光照：,1.3 光電效應,65,拋物線性光電導（定態(tài) ） 假設：復合率與光生載流子密度的平方成正比，即=b(n)(n) 定態(tài)條件： 光生載流子密度及電導率增量與光強平方根

28、近似成正比； 光電流隨時間按雙曲線性規(guī)律下降 光強越高，拋物線性光電導 的弛豫時間越短 慣性?。ǔ谠r間?。?，定態(tài) 靈敏度低；定態(tài)靈敏度高，慣性大,1.3 光電效應,考慮非定態(tài)情形：,66,一、光電導效應,3.光電導的光譜分布： 光電導的大小與照射光的波長有關 本征光電導的光譜分布 不同的半導體材料有不同的光譜響應曲線 光譜分布有一長波限（曲線峰值左右不對稱的解釋P46） 雜質光電導的光譜分布 雜質光電導的光譜響應波長比本征光電導的長（電離能?。?雜質光電導效應微弱（雜質少） 雜質光電導的測量是研究雜質能級的重要方法（低溫條件下）,1.3 光電效應,67,二、光生伏特效應,光照使半導體中光生電

29、子和空穴在空間分開而產生電位差的現(xiàn)象 內建電場(勢壘效應) PN結、異質結、肖特基勢壘都存在內建電場 光照時接觸界面起了電池作用 結上光電壓與光電流關系,1.3 光電效應,a)無光照時，NP型半導體有統(tǒng)一的費米能級，勢壘高度為qUD=EFN-EFP。 b)穩(wěn)定光照下P-N結開路，由于光生載流子積累而出現(xiàn)光生電壓Uoc不再有統(tǒng)一費米能級，勢壘高度為q(UD-Uoc)。 c)穩(wěn)定光照下P-N結短路，P-N結兩端無光生電壓，勢壘高度為qUD，光生電子空穴對被內建電場分離后形成短路電流。 d)有光照有負載，一部分光電流在負載上建立起電壓Uf，另一部分光電流流經外電路，勢壘高度為q(UD-Uf)。,68

30、,體積光生伏特效應（第二類光生伏特效應） 丹倍效應:由于光生載流子的擴散速度（跟有效質量成反比）的不同而導致在光的傳播方向上產生電位差的現(xiàn)象 表面至內部的載流子濃度梯度 丹倍電壓或擴散電壓（通常較低） 丹倍電壓與載流子遷移率之差成正比，小信號時還與光強成正比： 輸出功率低：未照部分電阻高，壓降高（P49） 光磁電效應（跟擴散和遷移率有關）：相當大光強度范圍內，開路電壓與光強度成正比,光子牽引效應：光子與自由載流子作用，速度快（無復合問題10-10s），但效率低（kW級輸入mV級輸出）,69,1905年德國物理學家愛因斯坦用光量子學說解釋了光電發(fā)射效應，獲得1921年諾貝爾物理學獎。,三、光電發(fā)

31、射效應,光照時光敏物質中電子能逸出表面,70,過程（激發(fā)傳輸逸出表面） （1）電子吸收光子以后產生激發(fā)，即得到能量（吸收系數盡量大）； （2）得到光子能量的電子（受激電子，又稱熱電子）從發(fā)射體內向真空界面運動（電子傳輸過程，傳輸距離用逸出深度表示）； （3）這種受激電子越過表面勢壘向真空逸出（到達表面電子能量大于逸出功）。,71,三、光電發(fā)射效應,光電發(fā)射過程： 激發(fā)傳輸逸出表面 金屬的光電發(fā)射 電子逸出功：T=0K時真空能級與EF之差 半導體的光電發(fā)射 電子親和勢：導帶底上的電子向真空逸出時所需的最低能量，數值上等于真空能級（真空中靜止電子能量）與導帶底能級Ec之差。 負電子親和勢（NEA，

32、Negative Electron Affinity）：是指體內的有效電子親和勢，而不是指表面電子親和勢。,1.3 光電效應,72,三、光電發(fā)射效應,外光電效應的幾個規(guī)律 光電發(fā)射第一定律-斯托列托夫定律 頻譜成分不變時，光電發(fā)射電流與被陰極所吸收的光通量成正比 Ik=SkFk （Sk：光電器件的靈敏度） 光電發(fā)射第二定律-愛因斯坦定律 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，與入射光強（光子數目多少）無關 光電發(fā)射的紅限 使電子能逸出的入射光的最長波長 波長紅限,1.3 光電效應,380nm 3.2ev 780nm 1.6ev,光電發(fā)射的瞬時性（高頻響，無慣性）：光電發(fā)射的延遲時間不超過310 -13s的數量級。光電發(fā)射具有表面和體積效應。,73,1輻射度量、光譜輻射度量、光度量定義的差別？重點掌握光度量的定義，包括其單位等。以光度量為例，弄清出射度、照度、亮度的區(qū)別。 2朗伯輻射體（又名均勻漫反射體）其輻射滿足余弦定律，能夠證明其亮度與空間角度無關，且出射度在數值上是亮度的pi倍。 3視網膜上的錐狀細胞和桿狀細胞對光強和顏色分辨有何不同，明暗視覺各