文档介绍：第二讲光电检测技术基础(Ⅱ)
李孝禄
前言
本次课程介绍:
。包括半导体的特性、能带理论、载流子及运动、载流子对光的吸收、半导体的PN结及与金属的接触。
。光电器件依据的物理基础主要是固体的光电效应,就是固体中决定其电学性质的电子系统直接吸收入射光能,使固体的电学性质发生改变的现象。例如:光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
你知道吗?
光电器件的主要用途:
(1)用来察觉微弱光信号的存在和测量光信号的强弱,主要考虑的是器件探测微弱光信号的能力。
(2)在自动控制中作为光电转换器,主要考虑的是光电转换效能。
其他用途:作为测量用的光电池和和作为能源的太阳能电池。
第四节半导体物理基础
一、半导体的特性
电阻温度系数是负的,对温度变化敏感。
导电性能受微量杂质的影响而发生十分敏感的变化。
导电能力和性质受外界作用发生重要的变化。
二、半导体的能带
能带理论:晶体中的电子只能处于能带的能级上,且每一个能带中都有与原子总数相适应的能级数。
泡利原理:在每一个能级上最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。
半导体晶体能带图:
导带
价带
满带
禁带
禁带
根据能量最小原理,电子填充能带时,总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。
满带:任何时间都填满电子数。
价带:绝对零度时,价带为价电子占满。而导带中没有电子。
导带:价带中电子获得足够的热能或辐射能后,就会越过禁带进入导带。
三、半导体的类型
1、I型半导体(本征半导体):
I型半导体是完全纯净或结构完整的半导体,是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零度时,不受外界影响的情况下,导带没有电子,价带也没有空穴,因此不能导电。在热运动或外界的影响下,价电子跃迁到导带,产生自由电子和空穴,构成导电载流子。
2、 N型半导体
对N型半导体,施主杂质中的电子只要获得很小的能量,就能脱离原子而参加导电,由于导带中的电子在导电中起主要作用,因此也称为“电子型半导体”。由能级图可见,施主能级处于禁带内导带底的下面。电子从施主能级跃迁到导带所需的能量。在常温下,电子所具有的平均热能就足以使施主原子电离。因此,对N型半导体具有较高的电导率。
3、P型半导体
P型半导体是以空穴为主导电的半导体,这样的半导体也称为“空穴型半导体”。由能级图可见,受主能级处于禁带内价带顶的上方,价带电子跃迁到受主能级所需的电离能。这时由于电子填充了共价键中的空位而出现空穴。在常温下,电子所具有的平均热能就足以使受主原子电离。因此,对P型半导体具有较高的电导率。