这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子-光生 载流子。
显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个量 G， 我们称之为光电导。相应和杂质半导体就分别称为本征光电 导和杂质光电导。
四、光伏效应
光伏现象——半导体材料的“结”效应 例如：雪崩二极管
id is0 eeu/ kBT 1
m
1.24
光电导过程
半导体
光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如下条件：
( m)
c
1.24 Eg (eV )
(本征)
1.24
(杂质)
Ei (eV )
Eg 是禁带宽度
Ei 是杂质能带宽度
光敏电阻
光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就 使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量
n
p
这样，即可达到减小流过负载的暗电流、减小噪声的目的 。
如果使用时环极悬空，除了暗电流、噪声大些外，其它性 能均不受影响。 膜中2也CU含管有子少，量因的为正是离以子N，-S而i为它衬的底静，电虽感然应受不光会面使的NS-iSOi表2防面反产射 生一个和P-Si导电类型相同的导电层，从而也就不可能出现表 面漏电流，所以不需要加环极。
还设了一个环极。 ❖ 硅光电二极管结构示意图 ❖ 2DU管加环极的目的是为了减少暗电
流和噪声。
光电二极管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜，而SiO2中 又常含有少量的钠、钾、氢等正离子。
SiO2是电介质，这些正离子在SiO2中是不能移动的，但是 它们的静电感应却可以使P-Si表面产生一个感应电子层。
这种管子工作电压很高，约100～200V，接近于反向击 穿电压。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到 极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。因此， 这种管子有很高的内增益，可达到几百。
当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达106，即产生 所谓的自持雪崩。
这种管子响应速度特别快，带宽可达100GHz，是目前响 应速度最快的一种光电二极管。
特点
原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。
在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈， 所以广泛用于对红外线辐射的探测。
二、光电发射效应
光电发射效应
在光照下，物体向表面以外的空间发 射电子（即光电子）的现象。
光电发射体
能产生光电发射效应的物体，在光电管 中又称为光阴极。
爱因斯坦方程
Ek h E
❖ 由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使 耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度 变宽。
❖ 所不足的是，I层电阻很大，管子的输出电流小，一般多为 零点几微安至数微安。
❖ 目前有将PIN管与前置运算放大器集成在同一硅片上并封 装于一个管壳内的商品出售。
雪崩光电二极管
雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩 效应来工作的一种二极管。
第三章 光电检测器件（1）
本节内容
光辐射探测的一般原理与分类 光子探测器
光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件
光辐射量
光电探测器
电量
热探测器 光子探测器
光电倍增管
探测器件
热电探测元件 光子探测元件
外光电效应
内光电效应
非放大型 真空光电管 充气光电管
放大型 光电倍增管
光电导探测器
像增强器 摄像管 变像管
Ei eV
光照零偏pn结产生开路电压的效应
光伏效应
光电池
光照反偏
光电信号是光电流
结型光电探测 器的工作原理
光电二极管
光电二极管
光变化－电流变化
外形
光电转换器
光敏特性
光输入
+
或
U
R 输出
-
（a）
（b）
光电二极管的符号与光电特性的测量电路
（a）符号 （b）光电特性的测量电路
硅光电二极管
光电二极管的伏安特性
PIN管
PIN管是光电二极管中的一种。是在P型半导体和N型半 导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。
这样，PN结的内电场就基本上全集中于I层中，从而使 PN结双电层的间距加宽，结电容变小。
由式τ = CfRL与f = 1/2πτ知，Cf小，τ则小，频带将变宽。 因此，这种管子最大的特点是频带宽，可达10GHz。另一个 特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电 压，线性输出范围宽。
本征型 光敏电阻
掺杂型
非放大
红外探测器 光电池
光电二极管
光生伏特探测器
放大型 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管
一、光子效应和光热效应
光子效应(photonic effect )
指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光 电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电 子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改 变。
无光 暗电流 有光 光电接收二极管 反偏状态 光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流（恒流） 光电流与照度线性关系
❖ 国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和 2DU两种系列。
❖ 2CU系列以N-Si为衬底， 2DU系列以P-Si为衬底 ❖ 2CU系列光电二极管只有两个引出线， ❖ 而2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后极外，
这个电子层与N-Si的导电类型相同，可以使P-Si表面与N－ Si连通起来。
当管子加反偏压时，从前极流出的暗电子流，除了有PN 结的反向漏电子流外，还有通过表面感应电子层产生的漏电 子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。
为了减小暗电流，设置一个N+-Si的环把受光面（N-Si）包 围起来，并从N+-Si环上引出一条引线（环极），使它接到比前 极电位更高的电位上，为表面漏电子流提供一条不经过负载即 可达到电源的通路。
E ：光电发射体的功函数
Ek
1 2
m v2
电子离开发射体表面时的动能
截止频率
E h
c
截止波长
h 6.6 1034 J s 4.131015eV s
c 31014 m / s 31017 nm / s
c (m)
1.24 E (eV )
三、光电导效应
光电导现象——半导体材料的“体”效应
本征
例如:光子效应在光电池等中体现
特点
对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。
光热效应(photothermal effect )
探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态 的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探 测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质 或其他物理性质发生变化。