文档介绍：光电效应——入射光子与物质中的电子相
互作用并产生载流子的效应。
外光电效应:向物质外部发射光电子
光电发射效应
内光电效应:只在物质内部产生光电子
光电导效应
光伏效应
光电导效应
半导体中的载流子
载流子:半导体中参与导电的自由电子和自由空穴;
半导体的电学性质与材料的载流子浓度有关
载流子浓度:单位体积内的载流子数;
本征半导体:ni = pi , ni 大,导电性就高;随T升
高而增大,随Eg增加而减小;
N型半导体:nn >> pn , 室温下,nn = ND(施主浓度)
P型半导体:np << pp , 室温下,np = NA(受主浓度)
一、热平衡状态下的载流子浓度
热平衡条件下,导带中的电子浓度和空穴浓度分别:
n = Nce -(Ec-Ef)/kT
p = Nve -(Ef-Ev)/kT
Nc 、 Nv分别是导带和价带的有效能态密度。
说明:自由电子浓度和自由空穴浓度都是温度的函数,随温度的增加而增大。
两式相乘: n p= NcNve -(Ec-Ev)/kT = NcNve -(Eg)/kT
说明:半导体中电子、空穴浓度的乘积与费米能级无关;禁带宽度Eg越小,浓度越大,导电性越好。
本征半导体:ni = pi =(NcNv)1/2e -(Eg)/2kT
n p = ni 2 ——半导体的平衡态判据
热平衡状态下,载流子浓度是一稳定值。
即:电子、空穴浓度积与半导体的导电类型及电
子、空穴各自的浓度无关。
N型半导体:nn >> pn , nn = ND(施主浓度),
pn = ni 2 / ND
P型半导体:np << pp , np = NA(受主浓度),
np = ni 2 / NA
二、非平衡状态下的载流子
半导体在外界条件有变化(如受光照、外电场作用、温度变化)时,载流子浓度要随之发生变化,此时系统的状态称为非热平衡态。载流子浓度对于热平衡状态时浓度的增量称为非平衡载流子。
本征吸收
h≥Eg
0Max= hc/Eg
杂质吸收
0=hc/Ed=/Ed (μm·eV)
半导体对光的吸收主要是本征吸收。
半导体吸收光子能量而转换成电能是光电器件工作的基础。
非平衡载流子
在光照过程中,产生光生载流子。自由载流子浓度比热平衡时的浓度大。
当光照停止,光致产生率为零,复合使非平衡载流子浓度逐渐减少,最后系统恢复热平衡状态。
光照时多子的浓度几乎不变,少子的浓度却大大增加,即:半导体光电器件对光的响应都是少子的行为。
载流子的扩散与漂移
扩散
载流子因浓度不均匀而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。
光在受照表面很薄一层内即被吸收掉。受光部分将产生非平衡载流子,其浓度随离开表面距离x的增大而减小,因此非平衡载流子就要沿x方向从表面向体内扩散,使自己在晶格中重新达到均匀分布。
图为光注入,非平衡载流子扩散示意图
漂移
半导体受到外电场作用时,电子向正电极方向运动,空穴向负电极方向运动。
电流密度:
电导率与迁移率的的关系
导电粒子出现定向运动,必然是受到外加电场的作用,但不同材料中的导电粒子在相同的外加电场下,速率是很不同的,与材料的内部结构有关,迁移率描述内部机制对电子和空穴运动的影响。
材料迁移率:描述内部机制对电子和空穴运动的影响,