光探课件 全2

《光探课件 全2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光探课件 全2（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 1 1 第二章 光电探测器的物理基础第二章 光电探测器的物理基础 华中科技大学华中科技大学 光电探测与信号处理光电探测与信号处理光电探测与信号处理光电探测与信号处理 2 2 第二章 光电探测器的物理基础第二章 光电探测器的物理基础 1 h1 h1h1h2.1 2.1 半导体物理基础半导体物理基础半导体物理基础半导体物理基础 4h4h4h4h 2.3 2.3 光辐射与度量光辐射与度量光辐射与度量光辐射与度量 2.4 2.4 常用光源常用光源常用光源常用光源 2.5 2.5 光电探测器的特性参数光电探测器的特性参数光电探测器的特性参数光电探测器的特性参数 2.6 2.6 光电探测器的噪声光电探

2、测器的噪声光电探测器的噪声光电探测器的噪声 课外学时课外学时课外学时课外学时课内学时课内学时课内学时课内学时教学内容教学内容教学内容教学内容 1 h1 h1h1h2.2 2.2 光电效应和热电效应光电效应和热电效应光电效应和热电效应光电效应和热电效应 3 3 2.1 2.1 2.1 2.1 半导体物理基础半导体物理基础半导体物理基础半导体物理基础 4 4 一本征半导体一本征半导体一本征半导体一本征半导体 我们将第我们将第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和第等），以及和第IV族 等价的化合物（ 族 等价的化合物（GaAs、GaN等），且

3、掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本 征半导体（ 等），且掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本 征半导体（intrinsic semiconductor ) 2 5 5 6 6 7 7 二杂质半导体二杂质半导体二杂质半导体二杂质半导体 （Extrinsic semiconductor） 8 8 (donor ) 3 9 9 1010 （acceptor） 11111212 4 1313 能带：一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条 带，称为能带 允许带：允许被电子占据的能带。允许带之间的范围是不允许 电子占据的。这一范围称为禁带。 价带：价电子所占据能带。价带可能被填满，也可能不被填

4、 满。填满的能带称为满带 导带：部分被电子占据的能带。 能带：一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条 带，称为能带 允许带：允许被电子占据的能带。允许带之间的范围是不允许 电子占据的。这一范围称为禁带。 价带：价电子所占据能带。价带可能被填满，也可能不被填 满。填满的能带称为满带 导带：部分被电子占据的能带。 二能带（涉及二能带（涉及二能带（涉及二能带（涉及“ “半导体光电子学半导体光电子学半导体光电子学半导体光电子学” ”知识）知识）知识）知识） 1414 本征半导体本征半导体N型半导体型半导体P型半导体型半导体 半导体能带图半导体能带图 在半导体中，电子获取势能后从价带跃迁到导带

5、，导带中出现自由电子， 价带中出现自由空穴。 在半导体中，电子获取势能后从价带跃迁到导带，导带中出现自由电子， 价带中出现自由空穴。 1515 ECEC EC EC Ed Ed EVEV EVEV EFi EFi EFi EFi EFn EFn EFp EFp Ea Ea （a）p型重掺杂型重掺杂 （a）p型轻掺杂型轻掺杂 （a）n型轻掺杂型轻掺杂（a）n型重掺杂型重掺杂 不同掺杂情况下费米能级的位置不同掺杂情况下费米能级的位置 1616 三三三三PNPN结的形成及特性结的形成及特性结的形成及特性结的形成及特性 5 1717 （drift） （ ） （diffusion） 1818 (depl

6、etion layerpotential barrier) 19192020 6 21212222 23232424 7 25252626 （Zener） （ ） （avalanche） 2727 9. 9. 在下列说法中只有在下列说法中只有在下列说法中只有在下列说法中只有_说法是正确的。说法是正确的。说法是正确的。说法是正确的。 A.A.漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。 B. B. 由于由于由于由于PNPN结交界面两边存在电位差，所以，当把结交界面两边存在电

7、位差，所以，当把结交界面两边存在电位差，所以，当把结交界面两边存在电位差，所以，当把PNPN结两端短结两端短结两端短结两端短 路时就有电流流过。路时就有电流流过。路时就有电流流过。路时就有电流流过。 C. PNC. PN结方程可以描述结方程可以描述结方程可以描述结方程可以描述PNPN结的正向特性和反向特性，也可以描述结的正向特性和反向特性，也可以描述结的正向特性和反向特性，也可以描述结的正向特性和反向特性，也可以描述PNPN结的反向击穿特性。结的反向击穿特性。结的反向击穿特性。结的反向击穿特性。 10.10.当当当当PNPN结外加正向电压时，扩散电流结外加正向电压时，扩散电流结外加正向电压时，

8、扩散电流结外加正向电压时，扩散电流_漂移电流。漂移电流。漂移电流。漂移电流。 A. A. 大于大于大于大于 B. B. 小于小于小于小于 C. C. 等与等与等与等与 11.11.当当当当PNPN结外加反向电压时，扩散电流结外加反向电压时，扩散电流结外加反向电压时，扩散电流结外加反向电压时，扩散电流_漂移电流。漂移电流。漂移电流。漂移电流。 A. A. 大于大于大于大于 B. B. 小于小于小于小于 C. C. 等于等于等于等于 8. 8. 在下列说法中只有在下列说法中只有在下列说法中只有在下列说法中只有_说法是正确的。说法是正确的。说法是正确的。说法是正确的。 A.A. P P型半导体可通过

9、在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。 B. B. 在在在在N N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型 为为为为P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。 C. PC. P型半导体带正电，型半导体带正电，型半导体带正电，型半导体带正电，N N型半导体带负电。型半导体带负电。型半导体带负电。型半导体带负电。 D. PND.

10、PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。 7. 7. 在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于_。 A. A. 温度温度温度温度 B. B. 掺杂工艺掺杂工艺掺杂工艺掺杂工艺 C. C. 杂质浓度杂质浓度杂质浓度杂质浓度 D. D. 晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷 6. 6. 在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，多

11、数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于_。 A. A. 温度温度温度温度 B. B. 掺杂工艺掺杂工艺掺杂工艺掺杂工艺 C. C. 杂质浓度杂质浓度杂质浓度杂质浓度 D. D. 晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷 5. P5. P型半导体中的多子是型半导体中的多子是型半导体中的多子是型半导体中的多子是_。 A. A. 电子电子电子电子 B. B. 空穴空穴空穴空穴 C. C. 正离子正离子正离子正离子 D. D. 负离子负离子负离子负离子 4. N4. N型半导体中的多子是型半导体中的多子是型半导体中的多子是型半导体中的多子是

12、_。 A. A. 电子电子电子电子 B. B. 空穴空穴空穴空穴 C. C. 正离子正离子正离子正离子 D. D. 负离子负离子负离子负离子 3. 3. 半导体中的载流子为半导体中的载流子为半导体中的载流子为半导体中的载流子为_。 A. A. 电子电子电子电子 B. B. 空穴空穴空穴空穴 C. C. 正离子正离子正离子正离子 D. D. 电子和空穴电子和空穴电子和空穴电子和空穴 2. 2. 在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生在热激发条件下，少数价电子获得足够激

13、发能，进入导带，产生_。 A. A. 负离子负离子负离子负离子 B. B. 空穴空穴空穴空穴 C. C. 正离子正离子正离子正离子 D. D. 电子电子电子电子- -空穴对空穴对空穴对空穴对 1. 1. 在绝对零度（在绝对零度（在绝对零度（在绝对零度（0K0K）时，本征半导体中）时，本征半导体中）时，本征半导体中）时，本征半导体中_ _ 载流子。载流子。载流子。载流子。 A. A. 有有有有 B. B. 没有没有没有没有 C. C. 少数少数少数少数 D. D. 多数多数多数多数 思考题思考题 2828 答案答案 BDDABCABAAB 第第2学时完学时完 8 2929 2. 2 2. 2 光

14、电效应和热电效应光电效应和热电效应光电效应和热电效应光电效应和热电效应 3030 光子光子光子光子直接直接直接直接与物质中的电子作用，引起电子运与物质中的电子作用，引起电子运与物质中的电子作用，引起电子运与物质中的电子作用，引起电子运 动状态的改变，从而使物体的电学性质改变。动状态的改变，从而使物体的电学性质改变。动状态的改变，从而使物体的电学性质改变。动状态的改变，从而使物体的电学性质改变。 一光电效应一光电效应一光电效应一光电效应 内光电效应：内光电效应：内光电效应：内光电效应： 被光激发所产生的载流子（自由电子或被光激发所产生的载流子（自由电子或被光激发所产生的载流子（自由电子或被光激发

15、所产生的载流子（自由电子或 空穴）仍在物质内部运动，使物质的电学性质空穴）仍在物质内部运动，使物质的电学性质空穴）仍在物质内部运动，使物质的电学性质空穴）仍在物质内部运动，使物质的电学性质 发生改变，如发生改变，如发生改变，如发生改变，如电导率电导率电导率电导率发生变化或产生发生变化或产生发生变化或产生发生变化或产生光生伏特光生伏特光生伏特光生伏特 的现象。的现象。的现象。的现象。 ? ? 外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应 被光激发产生的电子被光激发产生的电子被光激发产生的电子被光激发产生的电子逸出逸出逸出逸出物质表面，形物质表面，形物质表面，形物质表面，形 成真空中的电子的现象成真空中的电子的现象成真空中的电子的现象成真空中的电子的现象. . . . 3131 （1）光电导效应）光电导效应 光电导效应可分为光电导效应可分为光电导效应可分为光电导效应可分为本征光电导本征光电导本征光电导本征光电导效应与效应与效应与效应与非本征（杂非本征（杂非本征（杂非本征（杂 质）光电导质）光电导质）光电导质）光电导效应两种：效应两种：效应两种：效应两种： ?本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带产本征半导体价带中的电子吸收光