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1、 光輻射:通常把對(duì)應(yīng)于真空中的波長(zhǎng)在光輻射:通常把對(duì)應(yīng)于真空中的波長(zhǎng)在380nm380nm到到780nm780nm范圍內(nèi)的電磁輻射稱為光輻射。廣義地講,范圍內(nèi)的電磁輻射稱為光輻射。廣義地講,X X射線、射線、紫外輻射、可見光和紅外輻射都可以叫光輻射。紫外輻射、可見光和紅外輻射都可以叫光輻射。 光源:發(fā)出光輻射的物體叫光源。光電技術(shù)中的光光源:發(fā)出光輻射的物體叫光源。光電技術(shù)中的光源可分為自然光源和人造光源兩類。源可分為自然光源和人造光源兩類。 另一類是生理的,叫作光度學(xué)量,是描述光另一類是生理的,叫作光度學(xué)量,是描述光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的強(qiáng)輻射能為平均人眼接受所引起的視覺

2、刺激大小的強(qiáng)度,即光度量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺特性的人眼所接度,即光度量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺特性的人眼所接受到輻射量的度量。受到輻射量的度量。在光學(xué)中,用來定量地描述輻射能強(qiáng)度的量有兩類在光學(xué)中,用來定量地描述輻射能強(qiáng)度的量有兩類: : 一類是物理的,叫作輻射度學(xué)量,是用能量單一類是物理的,叫作輻射度學(xué)量,是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量;位描述光輻射能的客觀物理量;ergJJcal710118. 41 1 1、輻射能、輻射能QeQe:輻射能是一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接收:輻射能是一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接收的能量,單位為的能量,單位為J(J(焦耳焦耳) )。dVdQwee/ 3 3

3、、輻射通量、輻射通量ee:又稱輻射功率,是輻射能的時(shí)間變化率,:又稱輻射功率,是輻射能的時(shí)間變化率,單位為瓦單位為瓦 (1W=1J/s) (1W=1J/s),是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、,是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、 傳播或接收的輻射能。傳播或接收的輻射能。dtdQee/ 4 4、輻射強(qiáng)度、輻射強(qiáng)度 Ie Ie:輻射強(qiáng)度定義為從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的,在:輻射強(qiáng)度定義為從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的,在單位時(shí)間內(nèi)、給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的能量,單位為單位時(shí)間內(nèi)、給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的能量,單位為W Wsr(sr(瓦每球面度瓦每球面度) ), ddIee/coscos2dSdddSdILeee 5 5、輻射亮度、輻

4、射亮度 Le Le:由輻射表面定向發(fā)射的的輻射強(qiáng)度,除于該:由輻射表面定向發(fā)射的的輻射強(qiáng)度,除于該面元在垂直于該方向的平面上的正投影面積。單位為面元在垂直于該方向的平面上的正投影面積。單位為 ( (瓦每球面度瓦每球面度平方米平方米) ) 。 dAdMee/ 6 6、輻射出射度、輻射出射度MeMe:輻射體在單位面積內(nèi)所輻射的通量,:輻射體在單位面積內(nèi)所輻射的通量,de de 是擴(kuò)展源表面是擴(kuò)展源表面dAdA在各方向上在各方向上( (通常為半空間立體角通常為半空間立體角) )所發(fā)出的總的輻射通量,單位為瓦所發(fā)出的總的輻射通量,單位為瓦/ /米米2 (2 (瓦每平方米瓦每平方米) )。 7 7、輻射

5、照度、輻射照度EeEe:投射在單位面積上的輻射通量,單位為:投射在單位面積上的輻射通量,單位為 ( (瓦瓦每平方米每平方米) )。dAdA是投射輻射通量的面積元。是投射輻射通量的面積元。 dAdEee/ 輻射照度和輻射出射度的單位相同,其輻射照度和輻射出射度的單位相同,其區(qū)別僅在于前者是描述輻射接收面所接收的輻區(qū)別僅在于前者是描述輻射接收面所接收的輻射特性,而后者則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射射特性,而后者則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。的輻射特性。 對(duì)于理想的散射面,有對(duì)于理想的散射面,有 Ee= Me Ee= Me 光譜輻射度量:光譜輻射度量也叫輻射量光譜輻射度量:光譜輻射度量也叫輻射量

6、的光譜密度。輻射源所輻射的能量往往由許的光譜密度。輻射源所輻射的能量往往由許多不同波長(zhǎng)的單色輻射所組成,為了研究各多不同波長(zhǎng)的單色輻射所組成,為了研究各種波長(zhǎng)的輻射通量,需要對(duì)某一波長(zhǎng)的單色種波長(zhǎng)的輻射通量,需要對(duì)某一波長(zhǎng)的單色光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。光譜輻射度光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。光譜輻射度量是單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射度量。量是單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射度量。 1 1、光譜輻射通量、光譜輻射通量 :光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的:光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量,也稱光譜密度或單色輻射通量。單位為輻射通量,也稱光譜密度或單色輻射通量。單位為( (瓦每微米瓦每微米) ) 或或 ( (

7、瓦每納米瓦每納米) )。 e dde 在波長(zhǎng)在波長(zhǎng) 處的光譜輻射通量為處的光譜輻射通量為 在整個(gè)光譜內(nèi),總的輻射通量為在整個(gè)光譜內(nèi),總的輻射通量為 de0 ddIIe)( 3 3、光譜輻射強(qiáng)度、光譜輻射強(qiáng)度I I :光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻:光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射強(qiáng)度。射強(qiáng)度。 ddMMe)( 2 2、光譜輻射出射度、光譜輻射出射度MM:光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的:光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射出射度。輻射出射度。eMdM0)(eIdI0)( ddEEe)( 4 4、光譜輻射亮度、光譜輻射亮度L L :光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻:光源發(fā)出的光在每單位

8、波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射亮度。射亮度。 ddLLe)( 5 5、光譜輻射照度、光譜輻射照度E E :光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻:光源發(fā)出的光在每單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射照度。射照度。eLdL0)(eEdE0)(1 1、關(guān)于輻射度量,正確的選項(xiàng)是(、關(guān)于輻射度量,正確的選項(xiàng)是( )A A、EeEe是描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性是描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性B B、IeIe為從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的,給定方向上單位立為從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的,給定方向上單位立體角內(nèi)所體角內(nèi)所 輻射出的輻射能輻射出的輻射能 C C、 對(duì)于理想的散射面,有對(duì)于理想的散射面,有Ee= Me Ee= Me D D、 e e是輻射

9、能的時(shí)間變化率是輻射能的時(shí)間變化率 在任何條件下,完全吸收任何波長(zhǎng)的外來輻射在任何條件下,完全吸收任何波長(zhǎng)的外來輻射而無任何反射的物體。吸收系數(shù)為而無任何反射的物體。吸收系數(shù)為1 1 。 對(duì)于各種波長(zhǎng)的電磁波的吸收系數(shù)為常數(shù)且與對(duì)于各種波長(zhǎng)的電磁波的吸收系數(shù)為常數(shù)且與波長(zhǎng)無關(guān)的物體,其吸收系數(shù)介于波長(zhǎng)無關(guān)的物體,其吸收系數(shù)介于0 0與與1 1之間的物之間的物體。體。2 2、什么是黑體?、什么是黑體?3 3、什么是灰體?、什么是灰體? 由于大部分光源是作為照明用的,而且照明的效果最由于大部分光源是作為照明用的,而且照明的效果最終是以人眼來評(píng)定的終是以人眼來評(píng)定的 ,因此照明光源的光學(xué)特性必須用基

10、,因此照明光源的光學(xué)特性必須用基于人眼視覺的光學(xué)參數(shù)量即光度量來描述。于人眼視覺的光學(xué)參數(shù)量即光度量來描述。 光度量是人眼對(duì)相應(yīng)輻射度量的視覺強(qiáng)度值。能量相光度量是人眼對(duì)相應(yīng)輻射度量的視覺強(qiáng)度值。能量相同而波長(zhǎng)不同的光,對(duì)人眼引起的視覺強(qiáng)度是不相同的。同而波長(zhǎng)不同的光,對(duì)人眼引起的視覺強(qiáng)度是不相同的。 光度量只在光譜的可見波段光度量只在光譜的可見波段(380nm-780nm)(380nm-780nm)才有意義。才有意義。 光度量中最基本的單位是發(fā)光強(qiáng)度單位光度量中最基本的單位是發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉,記作坎德拉,記作cdcd,它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。其定義是,它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位

11、之一。其定義是555nm555nm波波長(zhǎng)的單色輻射,在給定方向上的輻射強(qiáng)度為長(zhǎng)的單色輻射,在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1 1683Wsr-1683Wsr-1時(shí),時(shí),在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為lcdlcd。 光通量的單位是流明光通量的單位是流明(lm)(lm),它是發(fā)光強(qiáng)度為,它是發(fā)光強(qiáng)度為lcdlcd的均勻點(diǎn)的均勻點(diǎn)光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。 光照度的單位是勒克斯光照度的單位是勒克斯(lx)(lx),它相當(dāng)于,它相當(dāng)于lmlm的光通量均勻地的光通量均勻地照在照在1m21m2面積上所產(chǎn)生的光照度。面積上所產(chǎn)生的光照度。 人眼對(duì)各種波長(zhǎng)的光的感光

12、靈敏度是不一樣的,一般情況人眼對(duì)各種波長(zhǎng)的光的感光靈敏度是不一樣的,一般情況下,對(duì)綠光最靈敏,對(duì)紅光靈敏度較差。下,對(duì)綠光最靈敏,對(duì)紅光靈敏度較差。 視見函數(shù):國(guó)際照明委員會(huì)視見函數(shù):國(guó)際照明委員會(huì)CIECIE根據(jù)對(duì)許多人的大量觀根據(jù)對(duì)許多人的大量觀察結(jié)果,用平均值的方法,確定了人眼對(duì)各種波長(zhǎng)的光的平均察結(jié)果,用平均值的方法,確定了人眼對(duì)各種波長(zhǎng)的光的平均相對(duì)靈敏度,稱為相對(duì)靈敏度,稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的光譜光視效率標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的光譜光視效率V(),V(),或稱視見函數(shù)。或稱視見函數(shù)。1)(V1)075(:1)555(:nmVnmV暗視覺明視覺 1 1、光通量、光通量 :光輻射通量對(duì)人眼所引

13、起的視覺強(qiáng)度值。:光輻射通量對(duì)人眼所引起的視覺強(qiáng)度值。 例:若在波長(zhǎng)例:若在波長(zhǎng)到到dd間隔之內(nèi)的光源輻射通量為間隔之內(nèi)的光源輻射通量為e, e, d d 。則光通量為。則光通量為780380,)()(dVKdVKemem Km Km為輻射度量與光度量之間的比例系數(shù),單位為流明為輻射度量與光度量之間的比例系數(shù),單位為流明/ /瓦,瓦, KmKm683lm/W683lm/W,它表示在波長(zhǎng)為,它表示在波長(zhǎng)為555nm555nm處,即人眼光譜光視效率處,即人眼光譜光視效率最大最大V()=1V()=1處處, ,與與1w1w的輻射能通量相當(dāng)?shù)墓馔繛榈妮椛淠芡肯喈?dāng)?shù)墓馔繛?83lm683lm;換句話

14、,此時(shí)換句話,此時(shí)1lm1lm相當(dāng)于相當(dāng)于1/683W1/683W 2 2、發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光強(qiáng)度I I:光源在給定方向上,單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光:光源在給定方向上,單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量,稱為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度。通量,稱為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度。ddI 3 3、光出射度、光出射度M M:光源表面給定點(diǎn)處單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量,:光源表面給定點(diǎn)處單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量,稱為光源在該點(diǎn)的光出射度。稱為光源在該點(diǎn)的光出射度。dAdMdAdE 4 4、光照度、光照度E E:被照明物體給定點(diǎn)處單位面積上的入射光通量,:被照明物體給定點(diǎn)處單位面積上的入射光通量,稱為該點(diǎn)的光照度。稱為該點(diǎn)的光

15、照度。 用點(diǎn)光源照明時(shí),被照面的照度用點(diǎn)光源照明時(shí),被照面的照度E E與光與光源的發(fā)光強(qiáng)度源的發(fā)光強(qiáng)度I I成正比,而與被照面到光源的成正比,而與被照面到光源的距離距離l l的平方成反比。的平方成反比。 2lIE 2224444RIRIdAdERdAdERII的球面上的輻射照度為半徑為又的總輻射通量為在理想情況下,點(diǎn)光源設(shè)點(diǎn)光源的輻射強(qiáng)度為如果被照面不垂直于光如果被照面不垂直于光線方向,而法線與光線線方向,而法線與光線的夾角為的夾角為,那么:,那么:cos2lIE 對(duì)于受到光照后成為面對(duì)于受到光照后成為面光源的表面來說,其光光源的表面來說,其光出射度與光照度成正比,出射度與光照度成正比,其中其

16、中為漫反射率,它小為漫反射率,它小于于1,它與表面的性質(zhì)無,它與表面的性質(zhì)無關(guān)。關(guān)。EM 5 5、光亮度、光亮度L L:光源表面一點(diǎn)處的面元:光源表面一點(diǎn)處的面元dAdA在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度度dIdI與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之比,稱為與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之比,稱為光源在該方向上的亮度。光源在該方向上的亮度。 為給定方向與面元法線間的夾角。為給定方向與面元法線間的夾角。cosdAdIL 6 6、光量、光量Q Q:光通量:光通量對(duì)時(shí)間的積分,稱為光量。對(duì)時(shí)間的積分,稱為光量。dtQ1 1、關(guān)于光度量,正確的選項(xiàng)是(、關(guān)于光度量,正確

17、的選項(xiàng)是( ) A A、輻射通量的單位為勒克斯、輻射通量的單位為勒克斯 B B、發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎德拉、發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎德拉 C C、光通量的單位為流明、光通量的單位為流明 D D、光照度的單位為坎德拉、光照度的單位為坎德拉 2、國(guó)際單位制中7個(gè)基本單位有哪些?熱力學(xué)溫度開爾文)物質(zhì)的量 (摩爾)發(fā)光強(qiáng)度 (坎德拉)長(zhǎng)度 (米)質(zhì)量 (千克)時(shí)間 (秒)電流 (安培) 明視覺:錐狀細(xì)胞只對(duì)亮度超過10-3cd/m2的光才敏感,其敏感的光譜范圍為可見光,在555納米處最為敏感,而且能分辨顏色。這種視覺功能稱為明視覺或錐體細(xì)胞視覺; 暗視覺:亮度低于10-3cd/m2的時(shí),桿狀細(xì)胞起作用。其敏感

18、的光譜范圍為0.33微米0.73微米,在507納米處最為敏感,不能分辨顏色。這種視覺功能稱為暗視覺或夜間視覺;對(duì)于明視覺,刺激程度平衡條件為:對(duì)于明視覺,刺激程度平衡條件為: ,emXVKX其中:其中:KmKm為為555555納米處的光度量對(duì)輻射度量的轉(zhuǎn)納米處的光度量對(duì)輻射度量的轉(zhuǎn)換常數(shù)。換常數(shù)。光度參量光度參量輻射度參量輻射度參量WlmKm683對(duì)于暗視覺,刺激程度平衡條件為:對(duì)于暗視覺,刺激程度平衡條件為: ,emXVKX光度參量光度參量輻射度參量輻射度參量WlmKm1725其中:其中: 為為507507納米處的光度量對(duì)輻射度量的轉(zhuǎn)納米處的光度量對(duì)輻射度量的轉(zhuǎn)換常數(shù)。換常數(shù)。mK 物體按導(dǎo)

19、電能力分:導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。物體按導(dǎo)電能力分:導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。做光電器件的主要材料為半導(dǎo)體,電阻率在做光電器件的主要材料為半導(dǎo)體,電阻率在10106 6101033cmcm范圍之內(nèi)的物質(zhì)稱為導(dǎo)體;電阻率大范圍之內(nèi)的物質(zhì)稱為導(dǎo)體;電阻率大于于10121012cm cm 以上的物質(zhì)稱為絕緣體;介于它們之以上的物質(zhì)稱為絕緣體;介于它們之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的。它對(duì)溫半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)一般是負(fù)的。它對(duì)溫度的變化非常敏感。度的變化非常敏感。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可受極微量雜質(zhì)的影響而半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。發(fā)生十

20、分顯著的變化。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力及性質(zhì)會(huì)受熱、光、電、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力及性質(zhì)會(huì)受熱、光、電、磁等外界作用的影響而發(fā)生非常重要的變化。磁等外界作用的影響而發(fā)生非常重要的變化。能級(jí):在孤立原子中,原子核外的電子繞能級(jí):在孤立原子中,原子核外的電子繞原子核運(yùn)動(dòng),它們具有完全確定的能量,這原子核運(yùn)動(dòng),它們具有完全確定的能量,這種穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為量子態(tài)。每一量子態(tài)種穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為量子態(tài)。每一量子態(tài)所取的確定能量稱為能級(jí)。介于各能級(jí)之間所取的確定能量稱為能級(jí)。介于各能級(jí)之間的量子態(tài)是不存在的。的量子態(tài)是不存在的?!败壍儡壍馈保弘娮映霈F(xiàn)幾:電子出現(xiàn)幾率最高的部分區(qū)域。率最高的部分區(qū)域。泡利不相容原理:

21、在一個(gè)原子或原子組成的系統(tǒng)泡利不相容原理:在一個(gè)原子或原子組成的系統(tǒng)中,不能有兩個(gè)相同的電子同屬于一個(gè)量子態(tài),即中,不能有兩個(gè)相同的電子同屬于一個(gè)量子態(tài),即在每一個(gè)能級(jí)中,最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反在每一個(gè)能級(jí)中,最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。電子首先填滿最低能級(jí),而后依次向上填,的電子。電子首先填滿最低能級(jí),而后依次向上填,直到所有電子填完為止。直到所有電子填完為止。能帶:晶體中大量的原子集合在一起,而且原子之能帶:晶體中大量的原子集合在一起,而且原子之間距離很近,致使離原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊,殼間距離很近,致使離原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊,殼層交疊使電子不再局限于某個(gè)原子上,有可能

22、轉(zhuǎn)移到層交疊使電子不再局限于某個(gè)原子上,有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去,也可能從相鄰原子運(yùn)動(dòng)到相鄰原子的相似殼層上去,也可能從相鄰原子運(yùn)動(dòng)到更遠(yuǎn)的原子殼層上去,這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。更遠(yuǎn)的原子殼層上去,這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。從而使本來處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量從而使本來處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量差異,與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)擴(kuò)展為能帶。差異,與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)擴(kuò)展為能帶。 禁帶:晶體中允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶,允許帶禁帶:晶體中允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶,允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的,此范圍稱為禁帶。被電子占之間的范圍是不允許電子占據(jù)的,此范圍稱為禁帶。被

23、電子占滿的允許帶稱為滿帶,每一個(gè)能級(jí)上都沒有電子的能帶稱為空滿的允許帶稱為滿帶,每一個(gè)能級(jí)上都沒有電子的能帶稱為空帶。帶。 價(jià)帶:原子中最外層的電子稱為價(jià)電子,與價(jià)電子能級(jí)相價(jià)帶:原子中最外層的電子稱為價(jià)電子,與價(jià)電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶稱為價(jià)帶。對(duì)應(yīng)的能帶稱為價(jià)帶。 導(dǎo)帶:價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶:價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶。 允許帶導(dǎo)帶)允許帶導(dǎo)帶)允許帶價(jià)帶允許帶價(jià)帶)允許帶滿帶)允許帶滿帶)禁帶禁帶E禁帶禁帶導(dǎo)帶的底能級(jí)表示為導(dǎo)帶的底能級(jí)表示為EcEc或或E-E-),價(jià)帶的頂能級(jí)),價(jià)帶的頂能級(jí)表示為表示為Ev Ev (或(或E+E+) ,EcEc與與EvEv之間的能量

24、間隔稱為之間的能量間隔稱為禁帶禁帶EgEg。導(dǎo)帶導(dǎo)帶價(jià)帶價(jià)帶禁帶禁帶EVcgEEE或EEcEEV或 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形成電流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形成電流來實(shí)現(xiàn)的,這種電流的載體稱為載流子。導(dǎo)體中的載流子是自由電來實(shí)現(xiàn)的,這種電流的載體稱為載流子。導(dǎo)體中的載流子是自由電子,半導(dǎo)體中的載流子則是帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。子,半導(dǎo)體中的載流子則是帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。絕緣體、半導(dǎo)體、金屬的能帶圖絕緣體、半導(dǎo)體、金屬的能帶圖a) a) 絕緣體絕緣體 b) b) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 c) c) 金屬金屬 半導(dǎo)體兩端加電壓后半導(dǎo)體兩端加電壓后: :如果價(jià)帶

25、中填滿了電子而沒有空能級(jí),在外如果價(jià)帶中填滿了電子而沒有空能級(jí),在外電場(chǎng)的作用下,又沒有足夠的能量躍遷到導(dǎo)帶,電場(chǎng)的作用下,又沒有足夠的能量躍遷到導(dǎo)帶,那么價(jià)帶中的電子是不導(dǎo)電的。那么價(jià)帶中的電子是不導(dǎo)電的。價(jià)帶價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶E( (滿帶滿帶) )如果價(jià)帶中的電子在外界作用下,能夠躍遷如果價(jià)帶中的電子在外界作用下,能夠躍遷到導(dǎo)帶中,則價(jià)帶中留空位,鄰近能級(jí)上的電到導(dǎo)帶中,則價(jià)帶中留空位,鄰近能級(jí)上的電子在電場(chǎng)作用下可以躍入這些空位,而在這些子在電場(chǎng)作用下可以躍入這些空位,而在這些電子原來的能級(jí)上就出現(xiàn)空位。這樣有些電子電子原來的能級(jí)上就出現(xiàn)空位。這樣有些電子在原來熱運(yùn)動(dòng)上迭加定向運(yùn)動(dòng)而形

26、成電流。在原來熱運(yùn)動(dòng)上迭加定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。價(jià)帶價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶E由于導(dǎo)帶中存在大量的空能級(jí),所以在外電由于導(dǎo)帶中存在大量的空能級(jí),所以在外電場(chǎng)的作用下,導(dǎo)帶電子能夠得到足夠的能量躍場(chǎng)的作用下,導(dǎo)帶電子能夠得到足夠的能量躍遷到空的能級(jí)上,形成電流,所以導(dǎo)帶電子是遷到空的能級(jí)上,形成電流,所以導(dǎo)帶電子是可以導(dǎo)電的??梢詫?dǎo)電的。價(jià)帶價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶E 價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化, ,使使它躍遷到新的能級(jí)上的條件是:能給它躍遷到新的能級(jí)上的條件是:能給電子提供足夠能量的外界作用、電子電子提供足夠能量的外界作用、電子躍入的能級(jí)是空的。躍入的能級(jí)是空的。價(jià)帶價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁

27、帶禁帶E1 1、關(guān)于能帶理論,正確的選項(xiàng)是()、關(guān)于能帶理論,正確的選項(xiàng)是() A A、價(jià)帶是允許帶、價(jià)帶是允許帶 B B、導(dǎo)帶是滿帶、導(dǎo)帶是滿帶 C C、禁帶是允許帶、禁帶是允許帶 D D、導(dǎo)帶是允許帶、導(dǎo)帶是允許帶 2 2、關(guān)于半導(dǎo)體,錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()、關(guān)于半導(dǎo)體,錯(cuò)誤的選項(xiàng)是() A A、電阻溫度系數(shù)一般是正的、電阻溫度系數(shù)一般是正的 B B、導(dǎo)電性能不受微量雜質(zhì)的影響、導(dǎo)電性能不受微量雜質(zhì)的影響 C C、對(duì)溫度的變化非常敏感、對(duì)溫度的變化非常敏感 D D、導(dǎo)電性受熱、光、電、磁等外界作用的影響、導(dǎo)電性受熱、光、電、磁等外界作用的影響 3 3、關(guān)于物體導(dǎo)電能力,正確的選項(xiàng)是()、關(guān)于物體

28、導(dǎo)電能力,正確的選項(xiàng)是() A A、物體導(dǎo)帶上的電子越多,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。、物體導(dǎo)帶上的電子越多,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。 B B、物體導(dǎo)帶上的電子越少,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。、物體導(dǎo)帶上的電子越少,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。 C C、物體價(jià)帶上的電子越多,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。、物體價(jià)帶上的電子越多,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。 D D、物體價(jià)帶上的電子越少,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。、物體價(jià)帶上的電子越少,其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。 單晶單晶在一塊材料中,原子全部作有規(guī)則在一塊材料中,原子全部作有規(guī)則的周期排列。的周期排列。 多晶多晶只在很小范圍內(nèi)原子作有規(guī)則的排只在很小范圍內(nèi)原子作有規(guī)則的排列,形成小晶粒,而晶粒之間有無規(guī)則排列的晶列,形成小晶粒,

29、而晶粒之間有無規(guī)則排列的晶粒界隔開。粒界隔開。 現(xiàn)代固體電子與光電子器件大多由半導(dǎo)體材料制備,半導(dǎo)體現(xiàn)代固體電子與光電子器件大多由半導(dǎo)體材料制備,半導(dǎo)體材料大多為晶體晶體中原子有序排列,非晶體中原子無序排材料大多為晶體晶體中原子有序排列,非晶體中原子無序排列)。晶體分為單晶與多晶:列)。晶體分為單晶與多晶: 完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。為本征半導(dǎo)體。 在沒有外界作用和絕對(duì)零度時(shí),在沒有外界作用和絕對(duì)零度時(shí),本征半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中沒有電子,價(jià)帶本征半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中沒有電子,價(jià)帶中沒有空穴,它是不導(dǎo)電的。中沒有空穴,它是不導(dǎo)電的。 由于半導(dǎo)體的禁帶寬度較小,所由

30、于半導(dǎo)體的禁帶寬度較小,所以在外界作用下,價(jià)電子可以激發(fā)躍以在外界作用下,價(jià)電子可以激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶中,這樣本征半導(dǎo)體的導(dǎo)帶遷到導(dǎo)帶中,這樣本征半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中有電子,價(jià)帶中有空穴,本征半導(dǎo)中有電子,價(jià)帶中有空穴,本征半導(dǎo)體就有了導(dǎo)電能力。體就有了導(dǎo)電能力。EEgE 晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的,而晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的,而雜質(zhì)原子上的能級(jí)和晶體其它原子不雜質(zhì)原子上的能級(jí)和晶體其它原子不同,所以它的位置完全可能不在晶體同,所以它的位置完全可能不在晶體能帶的范圍之內(nèi)。能帶的范圍之內(nèi)。N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在晶格中摻入某個(gè)硅原子被磷原子所替在晶格中摻入某個(gè)硅

31、原子被磷原子所替代,五價(jià)原子用四個(gè)價(jià)電子與周圍的四價(jià)原代,五價(jià)原子用四個(gè)價(jià)電子與周圍的四價(jià)原子形成共價(jià)鍵,而多余一個(gè)電子,此多余電子形成共價(jià)鍵,而多余一個(gè)電子,此多余電子受原子束縛力要比共價(jià)鍵上電子所受束縛子受原子束縛力要比共價(jià)鍵上電子所受束縛力小得多,容易被五價(jià)原子釋放,游離躍遷力小得多,容易被五價(jià)原子釋放,游離躍遷到導(dǎo)帶上形成自由電子。易釋放電子的原子到導(dǎo)帶上形成自由電子。易釋放電子的原子稱為施主,施主束縛電子的能量狀態(tài)稱為施稱為施主,施主束縛電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí)主能級(jí)EDED。 ED ED位于禁帶中,較靠近材料的導(dǎo)位于禁帶中,較靠近材料的導(dǎo)帶底帶底EC EC 。 ED ED與與EC

32、EC間的能量差稱為施主電離間的能量差稱為施主電離能。能。N N型半導(dǎo)體由施主控制材料導(dǎo)電性。型半導(dǎo)體由施主控制材料導(dǎo)電性。EEgEDEP P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 晶體中某個(gè)硅原子被硼原子所替代,硼原子晶體中某個(gè)硅原子被硼原子所替代,硼原子的三個(gè)價(jià)電子和周圍的硅原子中四個(gè)價(jià)電子要的三個(gè)價(jià)電子和周圍的硅原子中四個(gè)價(jià)電子要組成共價(jià)鍵,形成八個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),尚缺組成共價(jià)鍵,形成八個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),尚缺一個(gè)電子。于是很容易從硅晶體中獲取一個(gè)電一個(gè)電子。于是很容易從硅晶體中獲取一個(gè)電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),使硼原子外層多了一個(gè)電子子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),使硼原子外層多了一個(gè)電子變成負(fù)離子,而在硅晶體中出現(xiàn)空穴。容易獲變成負(fù)

33、離子,而在硅晶體中出現(xiàn)空穴。容易獲取電子的原子稱為受主。受主獲取電子的能量取電子的原子稱為受主。受主獲取電子的能量狀態(tài)稱為受主能級(jí)狀態(tài)稱為受主能級(jí)EA EA ,也位于禁帶中。在價(jià)帶,也位于禁帶中。在價(jià)帶頂頂EVEV附近,附近, EA EA與與EVEV間能量差稱為受主電離能。間能量差稱為受主電離能。P P型半導(dǎo)體由受主控制材料導(dǎo)電性。型半導(dǎo)體由受主控制材料導(dǎo)電性。EEgEAEN N型半導(dǎo)體與型半導(dǎo)體與P P型半導(dǎo)體的比較型半導(dǎo)體的比較摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響:摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響: 半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級(jí),半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級(jí),價(jià)

34、帶中的電子若先躍遷到這些能級(jí)上然后再躍遷到導(dǎo)帶中去,價(jià)帶中的電子若先躍遷到這些能級(jí)上然后再躍遷到導(dǎo)帶中去,要比電子直接從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶容易得多。因此雖然只有少量要比電子直接從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶容易得多。因此雖然只有少量雜質(zhì),卻會(huì)明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴數(shù)目,從雜質(zhì),卻會(huì)明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴數(shù)目,從而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。EEgE)(aEE)(bgEDEEE)(cgEAE(a)(a)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體(b)N(b)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(c)P(c)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在一定溫度下,若沒有其他的外界作用,半導(dǎo)體中的在一定溫度下,若沒有其他的外

35、界作用,半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是由熱激發(fā)產(chǎn)生的。電子從不斷熱振動(dòng)的自由電子和空穴是由熱激發(fā)產(chǎn)生的。電子從不斷熱振動(dòng)的晶體中獲得一定的能量,從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,形成自由電晶體中獲得一定的能量,從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,形成自由電子,同時(shí)在價(jià)帶中出現(xiàn)自由空穴。在熱激發(fā)同時(shí),電子也子,同時(shí)在價(jià)帶中出現(xiàn)自由空穴。在熱激發(fā)同時(shí),電子也從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量的量子狀態(tài),向晶格放出從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量的量子狀態(tài),向晶格放出能量,這就是載流子的復(fù)合。在一定溫度下,激發(fā)和復(fù)合能量,這就是載流子的復(fù)合。在一定溫度下,激發(fā)和復(fù)合兩種過程形成平衡,稱為熱平衡狀態(tài),此時(shí)的載流子成為兩種過程形成平衡,稱為熱平衡狀態(tài)

36、,此時(shí)的載流子成為熱平衡載流子,它的濃度即為某一穩(wěn)定值。熱平衡載流子,它的濃度即為某一穩(wěn)定值。 根據(jù)量子理論和泡利不相容原理,能態(tài)分布服從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。根據(jù)量子理論和泡利不相容原理,能態(tài)分布服從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。 在某溫度下熱平衡態(tài),能量為在某溫度下熱平衡態(tài),能量為E E的能態(tài)被電子占據(jù)的概率由費(fèi)米的能態(tài)被電子占據(jù)的概率由費(fèi)米- -狄拉克狄拉克函數(shù)給出,即函數(shù)給出,即 kTEEFeEf/11 熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中自由載流子濃度與兩個(gè)參數(shù)有關(guān):一是熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中自由載流子濃度與兩個(gè)參數(shù)有關(guān):一是在能帶中能態(tài)或能級(jí)的分布,二是這些能態(tài)中每一個(gè)能態(tài)在能帶中能態(tài)或能級(jí)的分布,二是這些能態(tài)中每一個(gè)能態(tài)

37、可能被電子占據(jù)的概率??赡鼙浑娮诱紦?jù)的概率。f(E):費(fèi)米分布函數(shù),能量E的概率函數(shù)k:波耳茲曼常數(shù),1.3810-23J/KT:絕對(duì)溫度EF:費(fèi)米能級(jí)(絕對(duì)零度時(shí)的電子的最高能級(jí))費(fèi)米費(fèi)米- -狄拉克函數(shù)曲線狄拉克函數(shù)曲線當(dāng)當(dāng)E=EFE=EF時(shí),時(shí),f(E)=1/2f(E)=1/2當(dāng)當(dāng)EEFE1/2f(E)1/2當(dāng)當(dāng)EEFEEF時(shí),時(shí),f(E)1/2f(E)kTEF) kT時(shí)時(shí) kTEkTEkTEEkTEEeeeeEfFFF/11 隨著隨著E E的增加,的增加, f(E) f(E)迅速減小,所以導(dǎo)帶中的大部分電子的能量是在導(dǎo)迅速減小,所以導(dǎo)帶中的大部分電子的能量是在導(dǎo)帶底帶底ECEC附近。同

38、樣價(jià)帶中空穴的絕大部分都在價(jià)帶頂附近。同樣價(jià)帶中空穴的絕大部分都在價(jià)帶頂EVEV附近。附近。 EF EF為表征電子占據(jù)某能級(jí)為表征電子占據(jù)某能級(jí)E E的概率的的概率的“標(biāo)尺標(biāo)尺”,它定性表示導(dǎo)帶中電子或,它定性表示導(dǎo)帶中電子或價(jià)帶中空穴的多少。常溫下價(jià)帶中空穴的多少。常溫下EFEF隨材料摻雜程度而變化。對(duì)于本征半導(dǎo)體隨材料摻雜程度而變化。對(duì)于本征半導(dǎo)體 EF (EC + EV )/2 EF (EC + EV )/2 普通,費(fèi)米能級(jí)在禁帶中,普通,費(fèi)米能級(jí)在禁帶中, (E (EEF) EF) 比比kT kT 大得多。所以大得多。所以半導(dǎo)體的導(dǎo)帶電子濃度半導(dǎo)體的導(dǎo)帶電子濃度n n和價(jià)帶空穴濃度和價(jià)

39、帶空穴濃度p p分別為:分別為:kTEEkTEEVFFCeNpeNn/N為導(dǎo)帶的有效能級(jí)密度N為價(jià)帶的有效能級(jí)密度kTEkTEEkTEEkTEEgVCVFFCeNNeNNeNeNpn/pnnnpnii2ni稱為半導(dǎo)體的本征載流子濃度稱為半導(dǎo)體的本征載流子濃度對(duì)本征半導(dǎo)體而言對(duì)本征半導(dǎo)體而言n=pn=p 對(duì)于一種確定的半導(dǎo)體,不管它是本征半對(duì)于一種確定的半導(dǎo)體,不管它是本征半導(dǎo)體還是雜質(zhì)半導(dǎo)體,也不管摻雜的程度如何,在導(dǎo)體還是雜質(zhì)半導(dǎo)體,也不管摻雜的程度如何,在熱平衡狀態(tài)下,兩種載流子的濃度乘積必定等于一熱平衡狀態(tài)下,兩種載流子的濃度乘積必定等于一個(gè)常數(shù)個(gè)常數(shù)本征載流子濃度的平方。本征載流子濃度

40、的平方。2ikTEneNNpng/a) a) 重?fù)诫s重?fù)诫sP P型型 b) b) 輕摻雜輕摻雜P P型型 c) c) 本征型本征型d) d) 輕摻雜輕摻雜N N型型 e) e) 重?fù)诫s重?fù)诫sN N型型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)圖如下圖所示,以下表述中正確的是( )A、(1是本征半導(dǎo)體2是N型半導(dǎo)體3是P型半導(dǎo)體B、(1是本征半導(dǎo)體2是P型半導(dǎo)體3是N型半導(dǎo)體C、(1是N型半導(dǎo)體 (2是P型半導(dǎo)體3是本征半導(dǎo)體D、(1是P型半導(dǎo)體 (2是N型半導(dǎo)體3是本征半導(dǎo)體 半導(dǎo)體在外界條件有變化如受光照、外電場(chǎng)作用、溫度半導(dǎo)體在外界條件有變化如受光照、外電場(chǎng)作用、溫度變化時(shí),載流子濃度要隨之發(fā)生變化,此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)

41、稱變化時(shí),載流子濃度要隨之發(fā)生變化,此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)稱為非熱平衡態(tài)。載流子濃度對(duì)于熱平衡狀態(tài)時(shí)濃度的增量稱為非熱平衡態(tài)。載流子濃度對(duì)于熱平衡狀態(tài)時(shí)濃度的增量稱為非平衡載流子。為非平衡載流子。pppnnn00為非平衡載流子濃度和度為熱平衡時(shí)的載流子濃和為半導(dǎo)體的載流子濃度和pnpnpn00 電注入:通過半導(dǎo)體界面把載流子注入半導(dǎo)體,使熱電注入:通過半導(dǎo)體界面把載流子注入半導(dǎo)體,使熱平衡受到破壞。平衡受到破壞。 光注入:光注入下產(chǎn)生非平衡載流子表現(xiàn)為價(jià)帶中的光注入:光注入下產(chǎn)生非平衡載流子表現(xiàn)為價(jià)帶中的電子吸收了光子能量從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,同時(shí)在價(jià)帶中留電子吸收了光子能量從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,同時(shí)在價(jià)帶中

42、留下等量的空穴。下等量的空穴。產(chǎn)生非平衡載流子的方法產(chǎn)生非平衡載流子的方法光注入分為強(qiáng)光注入與弱光注入:光注入分為強(qiáng)光注入與弱光注入:滿足滿足 nnpn nn0pn0 nnpn nn0pn0ni2ni2 nn0 nn nn0 nn0pn0 nnpn nn0pn0ni2ni2 nn0 nn nn0 nnpnpn 條件的注入稱為弱光注入。條件的注入稱為弱光注入。對(duì)于弱光注入對(duì)于弱光注入 nn=nn0+nnnn0 nn=nn0+nnnn0 pn=pn0+pnpn pn=pn0+pnpn此時(shí)受影響最大的是少子濃度,可認(rèn)為一切半導(dǎo)體光電器件對(duì)此時(shí)受影響最大的是少子濃度,可認(rèn)為一切半導(dǎo)體光電器件對(duì)光的響應(yīng)

43、都是少子行為。光的響應(yīng)都是少子行為。例如:一例如:一N N型硅片,室溫下,型硅片,室溫下,nn0=5.5nn0=5.51015cm-31015cm-3,pn0=3.5pn0=3.5104cm-3104cm-3;弱光注入下,;弱光注入下,n =p=1010cm-3n =p=1010cm-3,此時(shí)非,此時(shí)非平衡載流子濃度平衡載流子濃度 nn=nn0+nn=5.5nn=nn0+nn=5.51015+1010 5.51015+1010 5.5 1015cm-3 1015cm-3 pn=pn0+pn=3.5pn=pn0+pn=3.5104+10101010cm-3104+10101010cm-3 使非平

44、衡載流子濃度增加的運(yùn)動(dòng)稱為產(chǎn)生,單位時(shí)間、使非平衡載流子濃度增加的運(yùn)動(dòng)稱為產(chǎn)生,單位時(shí)間、單位體積內(nèi)增加的電子空穴對(duì)數(shù)目稱為產(chǎn)生率單位體積內(nèi)增加的電子空穴對(duì)數(shù)目稱為產(chǎn)生率G G。 使非平衡載流子濃度減少的運(yùn)動(dòng)稱為復(fù)合,單位時(shí)間、使非平衡載流子濃度減少的運(yùn)動(dòng)稱為復(fù)合,單位時(shí)間、單位體積內(nèi)減少的電子空穴對(duì)數(shù)目稱為復(fù)合率單位體積內(nèi)減少的電子空穴對(duì)數(shù)目稱為復(fù)合率R R。 在光照過程中,產(chǎn)生與復(fù)合同時(shí)存在,在恒定持續(xù)光照在光照過程中,產(chǎn)生與復(fù)合同時(shí)存在,在恒定持續(xù)光照下產(chǎn)生率保持在高水平,同時(shí)復(fù)合率也隨非平衡載流子的增下產(chǎn)生率保持在高水平,同時(shí)復(fù)合率也隨非平衡載流子的增加而增加,直至二者相等,系統(tǒng)達(dá)到新

45、的平衡。當(dāng)光照停止,加而增加,直至二者相等,系統(tǒng)達(dá)到新的平衡。當(dāng)光照停止,光產(chǎn)生率為零,系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)遭到破壞,復(fù)合率大于產(chǎn)生率,光產(chǎn)生率為零,系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)遭到破壞,復(fù)合率大于產(chǎn)生率,使非平衡載流子濃度逐漸減少,復(fù)合率隨之下降,直至復(fù)合使非平衡載流子濃度逐漸減少,復(fù)合率隨之下降,直至復(fù)合率等于熱致的產(chǎn)生率時(shí),非平衡載流子濃度將為零,系統(tǒng)恢率等于熱致的產(chǎn)生率時(shí),非平衡載流子濃度將為零,系統(tǒng)恢復(fù)熱平衡狀態(tài)。復(fù)熱平衡狀態(tài)。非平衡載流子壽命非平衡載流子壽命1 1非平衡載流子從產(chǎn)生到復(fù)合之前的平非平衡載流子從產(chǎn)生到復(fù)合之前的平均存在時(shí)間。(均存在時(shí)間。(2 2當(dāng)非平衡載流子的濃度衰減到原來的當(dāng)非平衡載流子的濃

46、度衰減到原來的1/e1/e所所需的時(shí)間。(需的時(shí)間。(3 3它表征非平衡載流子的復(fù)合的快慢,它表征非平衡載流子的復(fù)合的快慢,小表示小表示復(fù)合快,復(fù)合快,大表示復(fù)合慢。大表示復(fù)合慢。)/(/pn或復(fù)合率復(fù)合是指電子與空穴相遇時(shí),成對(duì)消失,以熱或發(fā)光方式釋放復(fù)合是指電子與空穴相遇時(shí),成對(duì)消失,以熱或發(fā)光方式釋放出多余的能量。出多余的能量。 通過復(fù)合中心復(fù)合:復(fù)合中心指禁帶中雜質(zhì)及缺陷。通過復(fù)合中心間接通過復(fù)合中心復(fù)合:復(fù)合中心指禁帶中雜質(zhì)及缺陷。通過復(fù)合中心間接復(fù)合包括四種情況:電子從導(dǎo)帶落入到復(fù)合中心稱電子俘獲;電子從復(fù)合復(fù)合包括四種情況:電子從導(dǎo)帶落入到復(fù)合中心稱電子俘獲;電子從復(fù)合中心落入價(jià)

47、帶稱空穴俘獲;電子從復(fù)合中心被激發(fā)到導(dǎo)帶稱電子發(fā)射;電中心落入價(jià)帶稱空穴俘獲;電子從復(fù)合中心被激發(fā)到導(dǎo)帶稱電子發(fā)射;電子從價(jià)帶被激發(fā)到復(fù)合中心稱空穴發(fā)射。子從價(jià)帶被激發(fā)到復(fù)合中心稱空穴發(fā)射。表面復(fù)合:材料表面在研磨、拋光時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多缺陷與損傷,從而產(chǎn)生大表面復(fù)合:材料表面在研磨、拋光時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多缺陷與損傷,從而產(chǎn)生大量復(fù)合中心。發(fā)生于半導(dǎo)體表面的復(fù)合過程稱為表面復(fù)合。量復(fù)合中心。發(fā)生于半導(dǎo)體表面的復(fù)合過程稱為表面復(fù)合。直接復(fù)合:導(dǎo)帶中電子直接跳回到價(jià)帶,與價(jià)帶中的空穴復(fù)合。直接復(fù)合:導(dǎo)帶中電子直接跳回到價(jià)帶,與價(jià)帶中的空穴復(fù)合。 當(dāng)沒有外加電場(chǎng)時(shí),電子作無規(guī)則運(yùn)動(dòng),其平均當(dāng)沒有外加電場(chǎng)時(shí),電子

48、作無規(guī)則運(yùn)動(dòng),其平均定向速度為零。一定溫度下半導(dǎo)體中電子和空穴的熱定向速度為零。一定溫度下半導(dǎo)體中電子和空穴的熱運(yùn)動(dòng)是不能引起載流子凈位移,從而也就沒有電流。運(yùn)動(dòng)是不能引起載流子凈位移,從而也就沒有電流。但漂移和擴(kuò)散可使載流子產(chǎn)生凈位移,從而形成電流。但漂移和擴(kuò)散可使載流子產(chǎn)生凈位移,從而形成電流。 載流子因濃度不均勻而發(fā)生的從濃度高的點(diǎn)向濃度低的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。載流子因濃度不均勻而發(fā)生的從濃度高的點(diǎn)向濃度低的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。 載流子在外電場(chǎng)作用下,電子向正電極方向運(yùn)動(dòng),空載流子在外電場(chǎng)作用下,電子向正電極方向運(yùn)動(dòng),空穴向負(fù)電極方向運(yùn)動(dòng)稱為漂移。穴向負(fù)電極方向運(yùn)動(dòng)稱為漂移。 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,由于飽和或雪崩擊穿

49、半導(dǎo)體會(huì)偏離在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,由于飽和或雪崩擊穿半導(dǎo)體會(huì)偏離歐姆定律。在弱電場(chǎng)作用下,半導(dǎo)體中載流子漂移運(yùn)動(dòng)服歐姆定律。在弱電場(chǎng)作用下,半導(dǎo)體中載流子漂移運(yùn)動(dòng)服從歐姆定律。從歐姆定律。在在N N型半導(dǎo)體中,漂移所引起的電流密度為:型半導(dǎo)體中,漂移所引起的電流密度為:j電流密度電流密度; n為載流子密度;為載流子密度;q為電子電荷;為電子電荷;為載流子平均漂移速度為載流子平均漂移速度nqj 歐姆定律的微分形式為:歐姆定律的微分形式為:j為電場(chǎng)強(qiáng)度為電導(dǎo)率; 有一定的電場(chǎng)強(qiáng)度,就有一定的電流密度,因而也就有一定有一定的電場(chǎng)強(qiáng)度,就有一定的電流密度,因而也就有一定的平均漂移速度。因此電場(chǎng)強(qiáng)度與平均漂移

50、速度有關(guān)系。的平均漂移速度。因此電場(chǎng)強(qiáng)度與平均漂移速度有關(guān)系。 遷移率表示載流子在單位電場(chǎng)作用下所取得的漂移速度。遷移率表示載流子在單位電場(chǎng)作用下所取得的漂移速度。nqnqnq稱為遷移率設(shè) 在電場(chǎng)中電子所獲得的加速度為在電場(chǎng)中電子所獲得的加速度為為載流子的有效質(zhì)量*/mmqa在漂移運(yùn)動(dòng)中,因電子與晶格碰撞發(fā)生散射,故每次碰撞后在漂移運(yùn)動(dòng)中,因電子與晶格碰撞發(fā)生散射,故每次碰撞后漂移速度降到零。如兩次碰撞之間的平均時(shí)間為漂移速度降到零。如兩次碰撞之間的平均時(shí)間為f f ,則經(jīng),則經(jīng)f f 后載流子的平均漂移速度為后載流子的平均漂移速度為ffmqa*fmq* 遷移率與載流子的有效質(zhì)量和平均自由時(shí)間

51、有關(guān)。由于空穴遷移率與載流子的有效質(zhì)量和平均自由時(shí)間有關(guān)。由于空穴的有效質(zhì)量比電子的有效質(zhì)量大,所以空穴的遷移率比電子的的有效質(zhì)量比電子的有效質(zhì)量大,所以空穴的遷移率比電子的遷移率小。遷移率小。 在電場(chǎng)作用下,任何載流子都要作漂移運(yùn)動(dòng)。一般情況下,在電場(chǎng)作用下,任何載流子都要作漂移運(yùn)動(dòng)。一般情況下,少數(shù)載流子比多數(shù)載流子少得多,因此漂移電流主要是多數(shù)載流少數(shù)載流子比多數(shù)載流子少得多,因此漂移電流主要是多數(shù)載流子的貢獻(xiàn)。子的貢獻(xiàn)。 在擴(kuò)散情況下,只有光照所產(chǎn)生的少數(shù)載流子存在很大的濃在擴(kuò)散情況下,只有光照所產(chǎn)生的少數(shù)載流子存在很大的濃度梯度,所以對(duì)擴(kuò)散電流的貢獻(xiàn)主要是少數(shù)載流子。度梯度,所以對(duì)擴(kuò)

52、散電流的貢獻(xiàn)主要是少數(shù)載流子。 由于光子的作用使電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶而引起的吸收由于光子的作用使電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶而引起的吸收稱為本征吸收。稱為本征吸收。 物體受光照射,一部分被物體反射,一部分被物體吸收,物體受光照射,一部分被物體反射,一部分被物體吸收,其余的光透過物體。半導(dǎo)體材料吸收光子能量轉(zhuǎn)換成電能是其余的光透過物體。半導(dǎo)體材料吸收光子能量轉(zhuǎn)換成電能是光電器件的工作基礎(chǔ)。光電器件的工作基礎(chǔ)。 產(chǎn)生本征吸收的條件:入射光子的能量產(chǎn)生本征吸收的條件:入射光子的能量hh至至少要等于材料的禁帶寬度。即少要等于材料的禁帶寬度。即gEhmE.EchhEcEhgggg241mEEhcgg24. 10

53、截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng) 雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴吸收光子能量從雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴吸收光子能量從雜質(zhì)能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶空穴躍遷到價(jià)帶),這種吸收稱為雜質(zhì)吸收。躍遷到導(dǎo)帶空穴躍遷到價(jià)帶),這種吸收稱為雜質(zhì)吸收。雜質(zhì)吸收的波長(zhǎng)閾值多在紅外區(qū)或遠(yuǎn)紅外區(qū)。雜質(zhì)吸收的波長(zhǎng)閾值多在紅外區(qū)或遠(yuǎn)紅外區(qū)。iVAiDCEchEEchEchEEch或?yàn)殡s質(zhì)的電離能iE 導(dǎo)帶內(nèi)的電子或價(jià)帶內(nèi)的空穴也能吸收光子能量,使導(dǎo)帶內(nèi)的電子或價(jià)帶內(nèi)的空穴也能吸收光子能量,使它在本能帶內(nèi)由低能級(jí)遷移到高能級(jí),這種吸收稱為自由它在本能帶內(nèi)由低能級(jí)遷移到高能級(jí),這種吸收稱為自由載流子吸收,表現(xiàn)為紅外吸收。載流子吸收,表現(xiàn)為紅外吸收。 價(jià)

54、帶中的電子吸收小于禁帶寬度的光子能量也能離開價(jià)價(jià)帶中的電子吸收小于禁帶寬度的光子能量也能離開價(jià)帶,但因能量不夠還不能躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子。這時(shí),帶,但因能量不夠還不能躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子。這時(shí),電子實(shí)際還與空穴保持著庫侖力的相互作用,形成一個(gè)電中電子實(shí)際還與空穴保持著庫侖力的相互作用,形成一個(gè)電中性系統(tǒng),稱為激子。能產(chǎn)生激子的光吸收稱為激子吸收。這性系統(tǒng),稱為激子。能產(chǎn)生激子的光吸收稱為激子吸收。這種吸收的光譜多密集與本征吸收波長(zhǎng)閾值的紅外一側(cè)。種吸收的光譜多密集與本征吸收波長(zhǎng)閾值的紅外一側(cè)。 半導(dǎo)體原子能吸收能量較低的光子,并將其能量直接變半導(dǎo)體原子能吸收能量較低的光子,并將其能量直接變

55、為晶格的振動(dòng)能,從而在遠(yuǎn)紅外區(qū)形成一個(gè)連續(xù)的吸收帶,為晶格的振動(dòng)能,從而在遠(yuǎn)紅外區(qū)形成一個(gè)連續(xù)的吸收帶,這種吸收稱為晶格吸收。這種吸收稱為晶格吸收。 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是本征吸收。對(duì)于硅材料,本征半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是本征吸收。對(duì)于硅材料,本征吸收的吸收系數(shù)比非本征吸收的吸收系數(shù)要大幾十倍到幾萬吸收的吸收系數(shù)比非本征吸收的吸收系數(shù)要大幾十倍到幾萬倍,一般照明下只考慮本征吸收,可認(rèn)為硅對(duì)波長(zhǎng)大于倍,一般照明下只考慮本征吸收,可認(rèn)為硅對(duì)波長(zhǎng)大于1.15m1.15m的可見光透明。的可見光透明。 半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量。半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于所含雜質(zhì)的種類和數(shù)

56、量。把把N N型、型、P P型和本征型和本征i i型半導(dǎo)體配合起來,結(jié)成不均勻的半導(dǎo)體,型半導(dǎo)體配合起來,結(jié)成不均勻的半導(dǎo)體,能制造各種半導(dǎo)體器件。能制造各種半導(dǎo)體器件。 在無外電場(chǎng)或其它因素激發(fā)時(shí)在無外電場(chǎng)或其它因素激發(fā)時(shí)PNPN結(jié)處于平衡狀態(tài),沒結(jié)處于平衡狀態(tài),沒有電流流過??臻g電荷區(qū)的寬度和電位差為恒定值??沼须娏髁鬟^??臻g電荷區(qū)的寬度和電位差為恒定值??臻g電荷區(qū)中沒有載流子,所以又稱耗盡層,其寬度一般間電荷區(qū)中沒有載流子,所以又稱耗盡層,其寬度一般為數(shù)微米。為數(shù)微米。 PNPN結(jié)加正向電壓的情況結(jié)加正向電壓的情況工作原理工作原理在外加電場(chǎng)的作在外加電場(chǎng)的作用下,多子被推向耗盡層,結(jié)用下

57、,多子被推向耗盡層,結(jié)果耗盡層變窄,內(nèi)電場(chǎng)被削弱,果耗盡層變窄,內(nèi)電場(chǎng)被削弱,這有利于多子的擴(kuò)散而不利于這有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。多子的擴(kuò)散電流少子的漂移。多子的擴(kuò)散電流通過回路形成正向電流。耗盡通過回路形成正向電流。耗盡層兩端的電位差變?yōu)?。一般只層兩端的電位差變?yōu)椤R话阒挥辛泓c(diǎn)幾伏,所以不大的正向有零點(diǎn)幾伏,所以不大的正向電壓就可以產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電壓就可以產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。通常在回路中串入一個(gè)電流。通常在回路中串入一個(gè)電阻用以限制電流。電阻用以限制電流。 PNPN結(jié)加反向電壓的情況結(jié)加反向電壓的情況工作原理工作原理在外加電場(chǎng)在外加電場(chǎng)的作用下,耗盡層變寬,的作用下,耗盡層變

58、寬,內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng),結(jié)果阻止內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng),結(jié)果阻止了多子的擴(kuò)散,但促使少了多子的擴(kuò)散,但促使少子漂移,在回路中形成反子漂移,在回路中形成反向電流。因少子的濃度很向電流。因少子的濃度很低,并在溫度一定時(shí)少子低,并在溫度一定時(shí)少子的濃度不變,所以反向電的濃度不變,所以反向電流不僅很小,而且當(dāng)外加流不僅很小,而且當(dāng)外加電壓超過零點(diǎn)幾伏后,因電壓超過零點(diǎn)幾伏后,因少子的供應(yīng)有限,它基本少子的供應(yīng)有限,它基本上不隨外加電壓增加而增上不隨外加電壓增加而增加,故稱為反向飽和電流。加,故稱為反向飽和電流。 將禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料,生長(zhǎng)在同一晶將禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料,生長(zhǎng)在同一晶體上,且可以做成突

59、變的或緩變的結(jié),這種由兩種不同體上,且可以做成突變的或緩變的結(jié),這種由兩種不同的半導(dǎo)體材料接觸而組成的結(jié)稱為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。的半導(dǎo)體材料接觸而組成的結(jié)稱為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。 肖特基結(jié)是一種簡(jiǎn)單的金屬與半導(dǎo)體的交界面,它肖特基結(jié)是一種簡(jiǎn)單的金屬與半導(dǎo)體的交界面,它與與PNPN結(jié)相似,具有非線性阻抗特性整流特性)。結(jié)相似,具有非線性阻抗特性整流特性)。一、填空題:一、填空題:1 1、價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化、價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化, ,使它躍遷到新的能級(jí)使它躍遷到新的能級(jí)上的條件是(上的條件是( )、()、( )。)。2 2、熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中自由載流子濃度與兩個(gè)參數(shù)有、熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中自由載流子濃度與

60、兩個(gè)參數(shù)有關(guān):一是在能帶中(關(guān):一是在能帶中( ),二是這些能態(tài)中(),二是這些能態(tài)中( )。)。3 3、半導(dǎo)體對(duì)光的吸收有(、半導(dǎo)體對(duì)光的吸收有( )()( )()( )()( )( )。半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是()。半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是( )。)。 二、選擇題二、選擇題 關(guān)于非平衡載流子,錯(cuò)誤的選項(xiàng)是(關(guān)于非平衡載流子,錯(cuò)誤的選項(xiàng)是( )A A、光注入的方法可以產(chǎn)生非平衡載流子、光注入的方法可以產(chǎn)生非平衡載流子 B B、光電探測(cè)器主要是利用弱光注入來得到非平衡載流、光電探測(cè)器主要是利用弱光注入來得到非平衡載流子的子的C C、弱光注入是指產(chǎn)生的非平衡載流子的濃度大于熱平、弱光注入是指產(chǎn)生的非

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