光生伏特效应.ppt

* 过程：（1）电子吸收光子以后产生激发，即得到能量；（2）得到光子能量的电子（受激电子）从发射体内向真空界面运动（电子传输）；（3）这种受激电子越过表面势垒向真空逸出。 * * 我们以前所学过的光电效应即指光电发射效应。1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，获得1921年诺贝尔物理学奖。 常见光电发射体材料：各种碱金属，K、Na等容易失去电子的材料。 发生条件: 见备课本。 * * 其差别原因在于本征半导体和杂质半导体能带存在差别。半导体中电子的浓度受外界影响较大。 由此可以解释为什么有些器件在入射光低于其红限频率一定值内也可以对其响应，发生光电效应。 * 电导的公式正好是电阻公式的倒数。 * 下标l表示亮态。由于光电效应，亮态和暗态值是有差别的，我们将亮电导和暗电导之差称为光电导；亮电流与暗电流之差称为光电流。 * 载流子的迁移速率是指在外电场作用下，载流子产生漂移，形成漂移电流，其漂移速度与电场强度之比。 * * 蓝色部分为光敏材料，两侧黄色部分为金属电极，蛇形光敏面较窄，具有较小的极间距离。同时蛇形结构又在不增大极间距离的同时增大了光敏面的面积，可以提高器件的灵敏度。 * * 解释： 当光照在光电材料（P区、N区或结区），当光子能量超过禁带能量时，可以激发出电子空穴对，打破原有平衡，出现新的电荷移动。P区的电子会较大几率的迁移至结区，在内建电场的作用下被拉至N区，而空穴则仍留在P区，电子空穴对被分开两侧，这时对外表现为P区为正，N区为负，存在一定的电压差，此电压差即为光生电势差。 * PN结在没有光照时，连接于电路中同样可以作为一个器件使用，其电流与外接电压之间存现一定关系，我们在模拟电路中已经学过。 * * * 温差电效应学说（1939），认为地球内部的放射性物质产生的热量，使熔融物质发生连续的不均匀对流，这样产生温差电动势和电流，由此电流产生地球磁场，但理论估计也同地球磁场不符合 * * * * * * * 4、光电导增益 光电导增益M是光电导器件的一个重要特性参数,它表示长度为L的光电半导体两端加上电压以后,由光照产生的光生载流子在电场作用下所形成的外部光电流与光电子形成的内部电流(eN)之间的比值。 定义式： §2.4 光电效应 式中，?i为光生载流子所形成的外部光电流 N为光辐射每秒激发的电子空穴对数目 §2.4 光电效应 A 本征半导体样品 L 光 d b 由图可知，光照射到半导体上产生的光电流 在光辐射下，n=n0+?n ， p=p0+?p， ?= ? 0+? ? 弱辐射时，?n? ?n0 =?Ne??， ?Ne?为单位时间内产生的电子空穴对数的密度，假设单位时间内总共产生N对电子空穴对，则 §2.4 光电效应 对光电导器件如采用N型半导体，电子为多子，空穴可忽略 同理 §2.4 光电效应 A 本征半导体样品 L 光 d b Mn称为光敏电阻中电子的增益系数。tn=L/?n为电子的漂移时间。 载流子的迁移速率为漂移速度与电场强度之比。 如果把1/tn和1/tp之和定义为1/tdr.,即 式中,tdr称为载流子通过极间距离L所需要的有效渡越时间,于是 在半导体中,电子和空穴的寿命是相同的,都可用载流子的平均寿命τ来表示,即τ=τn=τp，则本征型光敏电阻的增益可写成 §2.4 光电效应 光敏电阻 4、光电导增益 显然，增益M与渡越时间tdr成反比。而渡越时间与两电极间距离L成正比，故为增大M，需减小L。但要提高光电导器件的灵敏度又需较大光敏面，因此两种之间存在一定矛盾。 常见结构：蛇形光敏面 §2.4 光电效应 光伏现象——半导体材料的“结”效应 例如：光照PN结 1、定义：它是把光能转化为电能的一种效应，是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。 §2.4 光电效应 五、光伏效应 §2.4 光电效应 开路电压Uoc：光照零偏状态的PN结产生电压，如果外电路为开路，此时PN结两端的电压即为开路电压Uoc； 重要参数： 短路光电流Is ：光照零偏状态的PN结产生电压，如果外电路短路，此时通过PN结的电流即为短路光电流Is； 光伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因少数载流子寿命短，所以光伏效应为基础的器件比以光电导效应为基础的器件有更快的响应速度。 §2.4 光电效应 暗电流 光电流 总电流 注意：光电流与暗电流方向相反 光照零偏pn结产生开路电压的效应 光伏效应 光电池 §2.4 光电效应 输出电流与外电路负载阻值有关，且光电流方向在电池外部是从P流向N，电池内部是从N流向P §2.4 光电效应 测量元件 电源 光照反偏 光电信号是光电流 结型光电探测器的工作原理 光电二极管 §2.4 光电效应 输出电流主要取决