文档介绍：半导体的光电效应
因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应
半导体的光电效应可分为:内电光效应与外电光效应
内电光效应:
光电导效应
光生伏特效应
外电光效应:
光电发射效应
光电导效应
光照变化引起半导体材料电导变化的光电器件光电阴极的物理基础。
外光电效应的两个基本定律：
1．光电发射第一定律——斯托列托夫定律：
    当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，
饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与
入射 光强度成正比：
2. 光电发射第二定律——爱因斯坦定律
    光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强
度无关：
Emax=(1/2)mυ2max=hν- hν0=hν- W
光电发射效应
表面势垒：金属表面形成的偶电层使表面电位突变。
E
E0
Ef
金属表面势垒
光电发射大致可分三个过程：
    1)金属的电子吸收光子能量，从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。
    2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。
    3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚
（即逸出功）时，即可从表面逸出。
E0
W
Ef
半导体光电反射
半导体的光电发射逸出供为：
E0
Ec
Ef
Eg
W
EA
（其中EA为电子亲和势）
半导体光电发射
注意：在光电效应里面：包括内电光与外电光
效应，都存在着一个阀值波长问题
探测器的噪声
一般光电系统的噪声：
目标
光学系统
探测器
前放
信号处理
显示
光子噪声
探测噪声
处理电路噪声
光子噪声： 信号辐射产生的噪声与背景噪声
探测器噪声：热噪声，散粒噪声，产生与复合
噪声， 温度噪声，1/f噪声
探测器的噪声
噪声的分类：随机的噪声，其功率与频率无关（白噪声）
与频率有关的1/f噪声
1/f噪声
白噪声
f
S(f)
噪声的主导地位：
在低频时， 1/f噪声起主导作用
在中频时，产生复合噪声起主导作用
在高频时，白噪声起主导作用
噪声的克服
等效噪声带宽
f
f
f
Am
N(f)
A(f)
若光电系统中的放大器或网络的功率增益为A(f),功率增益的最大值为Am,则噪声带宽为：
说明：噪声均方电流或均方电压时，用此等效带宽。
探测器的主要参数
响应率（积分灵敏度）
或
光谱响应率
或
探测器的主要参数
等效噪声功率与探测率
它反映了能探测到的最小光功率
响应时间：
关于响应时间
积分得到：
矩形脉冲光照弛豫过程图
同样停止光照时：
频率响应：
正弦光照弛豫过程图
线性
线性：指探测器的输出光电流或光电压与入射光功
率的 成比例的程度，其与工作状态有关
v
I
光敏二极管伏安特性
R
P
N
在作线性光电池时，R的取值问题
探测器主要参数的测试
光谱响应率函数的测试
标准探测器法：通过比较被测探测器与标准探测器在每一波长上的响应，来确定被测探测器的光谱响应函数
分束器
显示
显示
光源
聚光镜
单色仪
参考探测器
放大
放大
标准或被测
系统的构思，参考探测器的作用，标准探测器的作用
探测器主要参数的测试
响应率的测试（积分灵敏度）
探测器的响应率：
放大
电表
示波器
锁相
探测器
限光屏
斩光器
辐射源
电机
输出
抗干扰方法: 调制
探测器主要参数的测试
线性的测试
显示
探测器
光源
导轨
L
在上图中入射到探测器的辐射通量与距离的平方成反比，因此，可以通过改变距离的方式来改变辐射通量。
画出响应函数与距离平方倒数的关系曲线，即可求出探测器的线性范围。
光度学(Photometry)与辐射度学(Radiometry)
辐射度的基本物理量
辐射能：
辐射通量：
辐射强度：
辐射出射度：
辐射照度：
辐射亮度：
光谱辐射量：
光谱光视效率
光谱光视效率V(λ)曲线
图中实线为在视场较亮时测得的，称为明视觉V(λ)曲线；虚线为在视场较暗时测得的，称为暗视觉V(λ)曲线
根据对许多正常人眼的研究，可统计出各种波长的平均相对灵敏度。列于下表：
明暗视觉的分界:3cd/m2
明视觉的最大值为555nm
明视觉的最大值为507nm
光度学(Photometry)
光度学研究对可见光