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第一半章导光体电基检础测知技识术基础
能带理论
1．原子能级与晶体能带 能级（Enegy Level）： 能带（Enegy Band）：
禁带（Forbidden Band）： 价带（Valence Band）： 导带（Conduction Band）：
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104
150
Ge:B
10.8
106
150
Ge:Sb
9.7
120
150
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自由载流子吸收 激子吸收 晶格吸收
第一章 光电检测技术基础
dΦ ′(λ )
吸收的光谱辐射通量
α
(λ
,T
)
=
dΦ ′(λ )
dΦ(λ )
光谱吸收比
α(λ,T ) ⇒ M (λ,T )
M (λ,T ) α (α ,T )
=
M bλ
=
f (λ,T )
物体的光谱辐射出射度和光谱吸收比的比值与物体的性质无关，都 等于同一温度下绝对黑体的光谱辐射出射度
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第一章 光电检测技术基础
2黑体辐射

黑体辐射定律－－－斯忒藩－ 波尔滋曼定律
黑体辐射的总光辐射只和 温度有关
∫ ∫ M =
∞ 0
M λ dλ
=
∞ 2πhc2λ−5 ⋅ 1 dλ
0
e hc2 / kT − 1
∫ = c1T 4
∞ d (λT ) 0 (λT )5 (ec2 / λT
晶体实物图
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第一半章导光体电基检础测知技识术基础
N 型 半 导 体
N 型 半 导 体 PK P型 半 导 体
P
型
半
导
杂质硅的原子图象和能带图
体
半 导 体
所掺 多数载流子 少数载流子 杂质 （多子） （少子）
特性
N型
施主 杂质
P型
受主 杂质
电子 空穴
空穴 电子
电子浓度nn>>空 穴浓度pn 电子浓度np≤空 穴浓度pp
第一章 光电检测技术基础
1 光辐射量
Ω=
SC R2
=
π (R ⋅ sin
R2
β )2
2
=π
⋅ sin 2
β
2
sin β = β
Sc
22
=π ⋅ β2
Ss
4
β
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第一章 光电检测技术基础
(一) 光辐射量
1.辐射能Q 2.辐射通量φ
Φ = dQ dt
３.辐射强度Ｉ
I = dΦ dΩ
A
L = ρE π
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4 光学系统的光度学 阿贝定律
第一章 光电检测技术基础
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4 光学系统的光度学 阿贝定律
第一章 光电检测技术基础
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4 光学系统的光度学 象面上轴上点的照度
第一章 光电检测技术基础
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4 光学系统的光度学 例
第一章 光电检测技术基础
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光谱量子流速率
dN = dΦ = Φλdλ hν hν
∫ N = ∞ Φλdλ
0 hν
∫ N = 780 Φλλdλ 380 hc
第一章 光电检测技术基础
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2黑体辐射
第一章 光电检测技术基础
基尔霍夫定律
dΦ (λ )
单位波长光谱辐射通量
2黑体辐射
黑体辐射
α (λ,T
)
=
dΦ′(λ )
dΦ(λ )
=
1
第一章 光电检测技术基础
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2黑体辐射
黑体辐射定律－－－普朗克定律
第一章 光电检测技术基础
Mλ
=
2πhc 2 λ5
•
1 e hc / λkT
−1
C1=3.74*10-16 W.M2
= C1λ−5 (ec2 / λT ) −1 −1
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第一章 光电检测技术基础
第一章 光电检测基础
一 辐射度量和光度量
1 光辐射量 2 黑体辐射 3 光度量 4 光学系统的光度学
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1 光辐射量
立体角Ω
dΩ
=
σ
⋅ cosα
R2
球面度Steradian(Ｓr)
Ω = ∫ dΩ = 4π
第一章 光电检测技术基础
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I=Φ Ω
I= Φ
4π
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第一章 光电检测技术基础
4.辐射亮度Ｌ
L = dI =
d 2Φ
dA ⋅ cosθ dΩ ⋅ பைடு நூலகம்A ⋅ cosθ
5.辐射出射度Ｍ
M = dΦ dA
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６.辐射照度Ｅ
E = dΦ dA
7.辐射量H
H = ∫ E(t)dt
H = E⋅t
有ν0≥Eg/h
λ0≤hc/Eg=1.24/Eg （ μm ）
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第一半章导光体电基检础测知技识术基础
几种重要半导体材料的波长阈值
材料 Se Ge Si PbS InSb GaAs Gap
温度/K 300 300 290 295 300 300 300
Eg /eV 1.8 0.81 1.09 0.43 0.18 1.35 2.24
=
0
( ) c2 = 5 1 − e−c2 / λmT
λmT
c2 = 4.965114
λmT
λmT = C2 / 4.965114 = 2897.95
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第一章 光电检测技术基础
2黑体辐射
黑体温度K 峰值波长μm
300 1000 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000
Iθ = L ⋅ A ⋅ cosθ
I0 = L⋅ A
Iθ = I 0 ⋅ cosθ
第一章 光电检测技术基础
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第一章 光电检测技术基础
3光度量
出射度M
∫ Φ
=
2π
θ2 θ1
I
0
cosθ
⋅ sinθ
⋅ dθ
I=LA
θ1 =0
Φ = πLA
Φ = πI 0 θ2 =90
Φ
=
πI 0
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第一半章导光体电基检础测知技识术基础
非平衡态下的载流子
1．产生与复合
nn＝nn0+Δnn
在非平衡状态下载流子浓度为： pn＝pn0+Δpn
Δnn≈Δpn
光注入
强光注入 弱光注入
nnpn »nn0pn0＝ni2 nn0 <Δnn＝Δpn
nnpn >nn0pn0＝ni2 nn0 >Δnn＝Δpn
Φ = ∫ΩIdΩ
∫ ∫ 2π
Φ=
π I (θ ,ϕ )sinθdθdϕ
00
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1
0.9
0.8
0.7
0.6
视见函数
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
350
400
450
500
第一章 光电检测技术基础
555
600
650
700
750
800
850
波长 (nm)
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3光度量
第一章 光电检测技术基础
3光度量
亮度：单位面积上的发光强度
L = dI dA
L = dI
I = dΦ dΩ
dA cosθ
L = d 2Φ
dΩdA cosθ
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第一章 光电检测技术基础
3光度量
例：Ｈe-Ne激光功率Ｐ＝lmw，波长λ＝ 633nm，光束的截面积A=1mm xmm,光 束的发散角Ω＝10-3sr，求激光的亮度L。
d) 轻掺杂N型 e) 重掺杂N型
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第一半章导光体电基检础测知技识术基础
非平衡态下的载流子
非平衡载流子
电注入：通过半导体界面把载流子注入半导 体，使热平衡受到破坏。
光注入：光注入下产生非平衡载流子表现为 价带中的电子吸收了光子能量从价带跃迁到 导带，同时在价带中留下等量的空穴。
第一半章导光体电基检础测知技识术基础
导电机构
导带
禁带
EC Eg
Ev
价带
绝缘体、半导体、金属的能带图 a) 绝缘体 b) 半导体 c) 金属
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2．本征半导体与杂质半导体
第一半章导光体电基检础测知技识术基础
晶体构造示意图 (a) 金刚石结构（Ge、Si晶体） (b) 闪锌矿结构（GaAs晶体）
C2=1,44*10-2 M.K
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2黑体辐射
光 谱 辐 射 出 射 度
Mb
第一章 光电检测技术基础
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2黑体辐射 黑体辐射定律－－－维恩位移定律
第一章 光电检测技术基础
λm = α /T
( ) dM λ
dλ
=
d
dλ
⎡
⎢ ⎣
λ5
c1 ec2 / λT
−1
⎤ ⎥ ⎦
3 照度及距离平方反比定律
距离平方反比定律