杂质半导体中施主或受主吸收光子能量后电离中，产生 自由电子或空穴，从而增加材料电导率的现象。 杂质半导体禁带宽度比本征小很多，因此更容易电离， 响应波长比本征材料要长得多。用EI表示杂质半导体的 电离能，则截止波长：λ0=hc/EI。 特点：容易受热激发产生的噪声的影响，常工作在 低温状态。
常用光电导材料：硅Si、锗Ge及掺杂的半导体材
1、本征光电导效应
本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。 即：光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激 光出电子空穴对，使材料产生光电导效应。 针对本征半导体材料,即：hv>Eg 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。 基本概念：
1、稳态光电流：稳定均匀光照
3、亮电导率和亮电流
形成过程：
无光照
空穴 电子
P
N
eVD Ec EF Ev
光照
VD
Ip P
V+
_ _ _ _
有光照
P
N
eVD-eV
N Ec EF Ev
I+
光生（正向）电压产生正向注入 电流（由P指N）： I+=Is[exp(qV/kT)-1]
当PN结外接回路时，总电流与光生电流和结电流之间关系：
I=Ip-I+=Ip-Is[exp(qV/kT)-1] 负载接入外回路，电流为I，则PN结两端电压为： V=(kT/q)ln[(Ip-I)/Is+1] PN结开路时，I=0，求得开路电压：Voc =(kT/q)ln (Ip/Is+1)
料，以及一些有机物。
2.1.3 光生伏特效应 达到内部动态平衡的半导体PN结，在光照的作用下，
在PN结的两端产生电动势，称为光生电动势。这就 是光生伏特效应。也称光伏效应。
物理本质：PN结内建电场使得载流子（电子和空穴）的扩
散和漂移运动达到了动态的平衡，在光子能量大于禁带宽度 的光照的作用下，激光出的电子空穴对打破原有平衡，靠近 结区电子和空穴分别向N区和P区移动，形成光电流，同时形 成载流子的积累，内建电场减小，相当于在PN加了一个正向 电压。即光生电动势。
2.1.1 光电导效应 光电导效应：光照射的物质电导率发生改变，光 照变化引起材料电导率变化。是光电导器件工作 的基础。 物理本质：光照到半导体材料时，晶格原子或杂质原子
的束缚态电子吸收光子能量并被激发为传导态自由电子， 引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。 (属于内光电效应。)
包括：本征和非本征两种，对应本征和杂质半导体材料。
物理本质：极化晶体 极化晶体：在外电场和应力为零情况下自身具有自发极化
的晶体，原因是内部电偶极矩不为零，表面感应束缚电荷。
_ _ _ _ _ _ _ _ _
P(T1)
P(T2)
-
-
-
-
->T1（右）
极化晶体表面束缚电荷，被周围自由电荷不断中和，表面无净电荷。光照 时，晶体温度升高，电偶极子热运动加剧，极化强度减弱，表面感应电荷 数减小，但中和过程（达数秒）要远大于极化强度的响应过程（10-12s）， 相当于释放了一些电荷，对外表现为电流。可以在这些电荷被中和之前测 量到。
2、暗电导率和暗电流
4、光电导和光电流
基本公式：
光
暗电导率Gd=σdS/L
暗电流Id= σdSU/L 亮电导率Gl= σlS/L 亮电流Il= σlSU/L 光电导Gp= ΔσS/L 光电流Ip= ΔσSU/L
本征半导体样品 L
S
U
光电导效应示意图
E
2、光电导弛豫过程
光电导效应是非平衡 载流子效应，因此存 在一定的弛豫现象， 即光电导材料从光照 开始到获得稳定的光 电流需要一定的时间。 同样光电流的消失也 是逐渐的。弛豫现象 说明了光电导体对光 强变化的反应快慢程 度，称为惰性。 输出光电流与光功率调制频 率变化关系是一低通特性。
第二章 光电检测器件工作原理及特性
• • • • 2.1 光电检测器件的物理基础 1、光电导效应 2、杂质光电导效应 3、光生伏特效应 4、光热效应
2.2 光电检测器件的特性参数
2.1光电检测器件的物理基础 ----光电效应和光热效应 光电导效应、光生伏特效应和光热效应
光电效应：物质受光照射后，材料电学性质发生 了变化（发射电子、电导率的改变、产生感生电 动势）现象。 包括： 外光电效应：产生电子发射 内光电效应：内部电子能量状态发生变化
可见Voc与Ip为非线性关系。 PN结短路，V=0，求得短路电流即光电流：Isc=Ip=qη/hν=P
没有光照时，Ip=0，外加正向电压为V时，有I+=Is[exp(qV/kT)-1]
注意：光伏效应与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载
流子的寿命通常很短。所以以光伏效应为基础的检测器件比以光 电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
2.1.4 光热效应
与光电效应的区别：光电效应中，光子能量直接变为光电子
的能量，光热效应中，光能量与晶格相互作用使其运动加剧， 造成温度的升高，从而引起物质相关电学特性变化。
可分为:热释电效应、辐射热计效应及温差电效应
1、 热释电效应
介质温度在光照作用下温度发生变化，介质的极化强
度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象。
j
+
+
+
+ +
+
+ -
+ -
+ -
+ + - -
+ -
热释电现象中：温度对自发极化强度的影响。 随着温度的升高，自发极化强度越来越弱，当达到一定
温度时，自发极化强度为零，极化晶体发生相变为非极 化晶体。
光电导器件常做成梳状电极，光敏面做成蛇形，即保证了
较大的受光表面，又可减小电极间距离，从而减小载流子 的有效极间渡越时间，也利于提高灵敏度
光电导器件的光电导增益与带宽积为一常数，即MΔf=常数。
表明，光电导增益越大，光电灵敏度越高，而器件的带宽越 低。反之亦然。这一结论对光电效应现象有普遍性。
2.1.2 杂质光电导效应：杂质半导体
矩形光 脉冲
O
i(%)
t
100
63 37
O
τr
τf
t
光电导对光强变化反应的惰性 引起光电流变化的延迟
3、光电导增益
光电导增益是表征光电导器件特性的一个重要参数，表示长
度为L的光电导体在两端加上电压U后，由光照产生的光生载 流子在电场作用下形成的外电流与光生载流子在内部形成的 光电流之比。可表示为:M=τ/τdr τ为器件的时间响应 τdr为载流子在两极间的渡越时间