文档介绍：第六章半导体结型光电器件
第一节结型光电器件原理
p
n
E
p-n结的形成
一、热平衡状态下的p-n结
1、p-n结形成和几个物理参数
形成过程:
E
p
n
p-n结的正偏
p
n
E
p-n结的反偏
设p-n是两种材料直接接触形成。无光照下,p-n结在热平衡状态下,漂移电流和扩散电流相等,净电流为零。根据半导体物理理论推导:
势垒高度:
()
结区宽度:
()
式中k为波尔兹曼常数,T为绝对温度,NA,ND分别为p 区和n区掺杂浓度,ni为本征载流子浓度,V为外加电压,A为结区截面积。
p-n结电容:
()
()
2、p-n结电流方程
外加电压V时,p-n结平衡被破坏,此时流过p-n结的电流方程:
第一项 I0eqv/kT:表示正向电流,从p流向n端,与外加电压V有关
第二项 I0:表示反向饱和电流
二、光照下的p-n结:
1、p-n结光电效应和两种工作模式
1)p-n结光电效应
p-n结的光电效应
p
n
2)两种工作模式
零电压偏置:光照下无外加电压,即光生伏效应,称光伏工作模式。
光照下p-n结的零偏模式
p
n
Ip
RL
反向偏置:光照下p-n结反向偏置:称光导工作模式
p-n结外接反向电压后,p-n结势垒升高,多数载流子难于扩散,少数载流子易于漂移。
光照下p-n结的零偏模式
RL
p
n
Ip
Vb
光照p-n结的工作原理图
p
n
Ip
ID
RL
V
_
+
2、光照下p-n结的电流方程
1)零电压偏置(光生伏模式)
有光照时,在p-n结两极间外接一负载RL,此时在p-n结内出现两种方向的电流:光电流Ip,正向电流ID,总电流为两者之差。
式中V为p-n结两端电压,有V=IL(RL+RS)
()
由于光电流IP与光照有关,随光照增大而增大,
SE为光电灵敏度或光照灵敏度
()
讨论:
(1)负载RL断开时,IL=0,p端对n端的电压成为开路电压,用Voc表示
表明:一定温度下, Voc与光生电流或光通量对数成正比
(2)负载短路,即RL=0,光生电压几乎为0,此时流过器件的电流叫短路电流,用Isc表示
表明:短路电流Isc与光通量成正比,线性测量中广泛应用。
一般情况下,故有
由IL=0可得