光电子技术与应用
光电导效应
对于N型半导体，光电导体的电流增益：
n nl V M 2 n n n E V l n V M n
l tn
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6、光伏效应
形成光伏效应必须要有内建势垒，当照射光 激发出电子空穴对时，电势垒的内建电场将 把电子空穴对分开，从而在势垒两侧形成电 荷堆积，形成光生伏特效应。 PN结的零偏状态： PN结的正偏状态： PN结的反偏状态：
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8、光电转换定律
光功率—光子流； 光电流—电荷量时变量
dn光 dE Pt hv dt dt dn dQ i t e 电 dt dt
D是探测器的光电转换因子
e i t DP t D hv
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8、光电转换定律
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（3）光谱响应特性曲线
由本征激发产生的光电导称为本征光电导， 由杂质激发所产生的光电导称为杂质光电 导。 光谱分布问题首先是光生载流子的激发问 题，即是说某种波长的光能否激发出非平 衡载流子以及效率如何的问题。
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（3）光谱响应特性曲线
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（3）光谱响应特性曲线
n n0 n p p0 p n p
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光电导效应
对于本征半导体，光照每秒钟产生的电子 空穴对数为N，则有： N n n Al N p p Al
A A eN G en n p p 2 n n p p l l l
（1）响应度——积分灵敏度
光电导体的灵敏度表示在一定光强下 光电导的强弱，即光电转换器件的转换
效能。
由于探测器波长选择性存在，其响应 度与光辐射的光谱成分有关。一般情 况以A光源（色温为2856K的钨灯） 作为标准源获得的结果。
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（1）响应度——积分灵敏度
光电导与光强有下面两种关系：线性和抛物 线性。光电导材料在较低光强下一般都具有 线性，但有的材料在较高光强时，光电导与 光强的平方根成正比，为抛物线性。
6、热电探测器
通常将热敏材料涂黑，他对很广的波长范围 的光全部吸收，即各波长吸收率相同，无波 长选择性。那么它温度参数的输出就于波长 无关，而只与单位时间内器件所接收到的光 辐射能量成正比。不过热效应较光效应慢得 多，因而时间长数大。
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光伏效应
PN结的伏安特性
e id iso
eu k Bt
1
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光伏效应
光伏效应：光照零偏PN结产生的开路电压效 应===光电池工作原理 光照反偏条件下，观察到的是光电流==光电 二极管
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7、光热效应
温差电效应 热释电效应—居里温度
第五章 光辐射的探测技术
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主要内容：
1、各种光电探测物理效应 2、光电探测器的性能参数和噪声 3、各种光电探测器
光电导探测器
光敏电阻
光伏探测器
光电二极管 太阳能电池
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§5.1 光电探测器的物理效应
1、正确理解光电探测器的含义 2、光子效应：光子的性质决定产生的光电 子；引起物质内部电子状态的改变。表现出 对光波频率的选择性。响应快 3、光热效应：探测其吸收光辐射能量后， 并不是直接引起内部电子状态的变化，而是 把光能转化为热能，引起温度升高，结果使 探测元件的电学性质和其他物理性质发生变 化。 响应慢
光电导效应
在电场作用下，载流子产生漂移运动，其 运动效果用电导率描述：
enn ep p
A G l
如果半导体的截面积是A,在电场作用下， 载流子产生漂移运动，其运动效果用电导 率G描述：
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光电导效应
如果有光照射到半导体材料上，则会产 生新的载流子—非平衡载流子，这样新 增加的载流子会使半导体电导增加
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（2）光谱响应度
光谱响应度就是指不同波长处的响应度，又称为 光谱灵敏度。 如果探测器对波长为λ的光辐射通量Φλ产生的输 出电流为I，则其光谱响应度为：
R（λ）=I/Φλ
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（3）光谱响应特性曲线
分“等能量”曲线和“等量子”曲线
所谓“等能量”就是指不同的波长下所用的 光能量流是相等的。由于短波的每一个光子 的能量较大，每一个光子的能量较大，因此 在相同的光能量流的情况下，短波方面的光 子数目较少。
eN 为光辐射每秒钟激发的电荷量
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光电导效应
由于光电导的增加导致外电路电流的产生
由上式可以看出，电流增量并不等于每秒钟 电荷量，于是定义光电导体的电流增益：
eNV i VG 2 n n p p l
i V M 2 n n p p eN l
探测器的量子效率
dn电 dn光 / dt dt
探测器的光电转换定律
e i t Pt hv
电流源 平方律探测器—非线性探测器
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光电探测器的分类
热电检测器件和光子检测器件。 热电检测器件是利用热敏元件的热效应来探 测光，即通过器件吸收光辐射后温度升高， 使器件的某一参数发生变化，进而探测出输 入光信号的大小。 光子检测器是利用器件的光电效应把光信号 转变成电信号。通常光电检测器件指的就是 光子检测器件。
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（5）响应时间
对周期变化的光强，光电器件的弛豫 时间如果比周期长得多，那么就不能 反映光强的变化。从光电导的机构来 看，弛豫现象表现为在光强变化时， 光生载流子的积累和消失的过程。
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（6）探测器的探测能力
暗电流 Id
当探测器没有接收到光照时输出的电流。
噪声 N 信噪比：S/N 等效噪声功率 NEP
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（4）量子效率
单位时间单位光量子数产生的光电子数。 就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替 电流或电压。
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（5）响应时间
光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的 弛豫现象：光照射到样品后，光电导逐渐增 加，最后达到定态。光照停止，光电导在一 段时间内逐渐消失。这种弛豫现象表现了光 电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或 下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间 （惰性）。
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（3）光谱响应特性曲线
所谓“等量子”就是指对不同的波长，以光 量子数计算的光强是相同（相同的光子流） 之下测量的结果。 波长越长，单位光能所含的光子数越多。
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例：硅光电二极管典型的光谱响应曲线
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（3）光谱响应特性曲线
不同的半导体光电导材料由于有不同的禁 带宽度，对应有不同的光谱曲线。每条曲 线都有一个峰值，峰值的长波方面曲线迅 速下降。因此光谱分布有一长波限。可以 从各条曲线的长波限来确定半导体材料的 禁带宽度。
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§5.1 光电探测器的物理效应
4、光电发射效应： 电子动能=光子能量-功函数 发射条件：截止波长=1.24/E（um) 5、光电导效应：只在半导体材料中存在 热平衡状态下，单位时间内 产生=复合 电子浓度和空穴浓度分别为：n,p
n*p=ni2
本征热生载流子浓度
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（7）探测器光谱响应的测量
绝对测量 相对测量
替代法 直接比较法：分束方案
半反半透 旋转反射镜 光纤分束
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§5.3 几种光电探测器
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1. 光电倍增管(PMT)
利用外光电效应原理 阴极电子发射，被阳 极多次加速撞击倍增。
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§5.2光电检测器件特性参数 （1）响应度——积分灵敏度
指的是在一定条件下，单位光（辐射）量 所产生的光电流（电压）大小。 R=I/Φ 由于各种器件使用的范围及条件不一致， 因此灵敏度有各种不同的表示法。A/lm or A/W or V/W.
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PMT的灵敏度之高是 一般光电器件达不到 的，广泛用于微弱光 测量中。
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2. 光敏电阻（PR）
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3. 光电二极管、光电池
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3. 光电二极管、光电池
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4、光敏三极管光电子技术与应用来自、光偶光电子技术与应用
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