關于探測器的基本原理第1頁，課件共112頁，創作于2023年2月簡介

光輻射探測器是一種由入射光輻射引起可度量物理效應的器件。探測器分類：

光電探測器

真空光電器件：光電管、光電倍增管、真空攝像管、變像管、象增強器。

固體光電器件：光敏電阻、光電池等等

熱探測器：熱電偶＆熱電堆、熱釋電探測器等等第2頁，課件共112頁，創作于2023年2月3.1半導體基礎第3頁，課件共112頁，創作于2023年2月回憶.......

導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第4頁，課件共112頁，創作于2023年2月一、半導體的結構

電子器件所用的半導體具有晶體結構，大多數是晶體材料。晶體分為單晶和多晶。單晶：在一塊材料中原子全部按照有規則的周期性排列，這種晶體成為單晶。多晶：只在很小范圍內原子有規則的排列，形成小晶粒，而晶粒之間有無規則排列的晶粒界隔開，這種材料稱為多晶。第5頁，課件共112頁，創作于2023年2月1、電子的共有化運動在孤立原子中電子遵守泡利不相容原理＆能量最低原理。泡利不相容原理：原子中同一能級的核外電子軌道中只能容納自旋相反的兩個電子，每個電子層中可能容納軌道數是n2個、每層最多容納電子數是2n2

。能量最低原理：核外電子總是先占有能量最低的軌道，只有能量最低的軌道占滿后，電子才依次進入能量較高的軌道。第6頁，課件共112頁，創作于2023年2月在半導體中，原子之間距離很近，使原子的各個殼層之間有不同程度的交疊。以硅和鍺的共價鍵結構為例：第7頁，課件共112頁，創作于2023年2月電子共有化運動的過程

殼層的交疊使原子不再局限于某一個原子上，它可能轉移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運動到更遠的原子殼層上去，這樣原子有可能在整個晶體中運動，晶體中電子的這種運動稱為電子的共有化運動。共有化運動只能在原子中相似的殼層間進行第8頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、能帶結構(energyband)

量子力學計算表明，固體中若有N個原子，由于各原子間的相互作用，對應于原來孤立原子的每一個能級,變成了N條靠得很近的能級,稱為能帶。第9頁，課件共112頁，創作于2023年2月能帶的寬度記作E

，數量級為E～eV。

若N~1023,則能帶中兩能級的間距約10-23eV。一般規律：1.越是外層電子，能帶越寬，E越大。2.點陣間距越小，能帶越寬，E越大。3.兩個能帶有可能重疊。第10頁，課件共112頁，創作于2023年2月離子間距a2P2S1SE0能帶重疊示意圖第11頁，課件共112頁，創作于2023年2月原子能級分裂成能帶的示意圖第12頁，課件共112頁，創作于2023年2月1.滿帶：能帶中各能級都被電子填滿。·滿帶中的電子不能起導電作用晶體加外電場時，電子只能在帶內不同能級間交換，不能改變電子在能帶中的總體分布。·滿帶中的電子由原占據的能級向帶內任一能級轉移時，必有電子沿相反方向轉換，因此，不會產生定向電流，不能起導電作用。第13頁，課件共112頁，創作于2023年2月2.空帶：所有能級均未被電子填充的能帶。·由原子的激發態能級分裂而成，正常情況下空著；·當有激發因素(熱激發、光激發)時，價帶中的電子可被激發進入空帶；·在外電場作用下，這些電子的轉移可形成電流。所以，空帶也是導帶。第14頁，課件共112頁，創作于2023年2月3.導帶：被電子部分填充的能帶。…·在外電場作用下，電子可向帶內未被填充的高能級轉移，因而可形成電流。

·價帶：價電子能級分裂后形成的能帶。有的晶體的價帶是導帶；有的晶體的價帶也可能是滿帶。價電子：原子中最外層的電子。

…第15頁，課件共112頁，創作于2023年2月4.禁帶：在能帶之間的能量間隙區，電子不能填充。·禁帶的寬度對晶體的導電性有重要的作用。·若上下能帶重疊，其間禁帶就不存在。

滿帶

空帶

禁帶E第16頁，課件共112頁，創作于2023年2月允帶：允許被電子占據的能帶稱為允帶。禁帶：允帶之間的范圍是不允許電子占據的，這個范圍稱為禁帶。滿帶：被電子占滿的允帶稱為滿帶。滿帶不導電。價帶：晶體最外層電子殼層分裂成的能帶。價電子：原子中最外層的電子。第17頁，課件共112頁，創作于2023年2月

本征半導體的共價鍵結構束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。（1）本征半導體

本征半導體——化學成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。第18頁，課件共112頁，創作于2023年2月

這一現象稱為本征激發，也稱熱激發。

當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現了一個空位，稱為空穴。第19頁，課件共112頁，創作于2023年2月

可見本征激發同時產生電子空穴對。

外加能量越高（溫度越高），產生的電子空穴對越多。與本征激發相反的現象——復合在一定溫度下，本征激發和復合同時進行，達到動態平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對第20頁，課件共112頁，創作于2023年2月自由電子帶負電荷電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制第21頁，課件共112頁，創作于2023年2月導帶：比價帶能量更高的允許帶稱為導帶。導帶中的電子稱為自由電子。價帶中出現電子的空穴稱為自由空穴。自由電子和自由空穴統稱為載流子。禁帶寬度小者，電子容易躍遷到導帶，所以導電性能高。鍺的禁帶寬度比硅的小，所以其導電性隨溫度變化比硅更顯著。第22頁，課件共112頁，創作于2023年2月(2).雜質半導體１.N型半導體四價的本征半導體Si、Gｅ等，摻入少量五價的雜質（impurity）元素（如P、As等）形成電子型半導體,稱n型半導體。量子力學表明，這種摻雜后多余的電子的能級在禁帶中緊靠導帶處,ED～10-2eV，極易形成電子導電。該能級稱為施主（donor）能級。第23頁，課件共112頁，創作于2023年2月

n型半導體在n型半導體中：電子……多數載流子導帶價帶施主能級EDEgSiSiSiSiSiSiSiP空穴……少數載流子第24頁，課件共112頁，創作于2023年2月

施主(donor)能級：這種雜質能級因靠近導帶，雜質價電子極易向導帶躍遷。因向導帶供應自由電子，所以這種雜質能級稱施主能級。因攙雜(即使很少)，會使導帶中自由電子的濃度比同溫下純凈半導體空帶中的自由電子的濃度大很多倍，從而大大增強了半導體的導電性能。其導電機制：雜質中多余電子經激發后躍遷到導帶而形成的。

第25頁，課件共112頁，創作于2023年2月2.ｐ型半導體四價的本征半導體Si、Ge等，摻入少量三價的雜質元素（如Ｂ等）形成空穴型半導體，稱p型半導體。量子力學表明，這種摻雜后多余的空穴的能級在禁帶中緊靠價帶處，ED～10-2eV，極易產生空穴導電。該能級稱受主（acceptor）能級。第26頁，課件共112頁，創作于2023年2月導帶Ea價帶受主能級P型半導體SiSiSiSiSiSiSi+BEg在p型半導體中：空穴……多數載流子電子……少數載流子第27頁，課件共112頁，創作于2023年2月這種雜質的能級緊靠價帶頂處，EA<10-1eV，價帶中的電子極易躍入此雜質能級，使價帶中產生空穴。這種雜質能級因接受電子而稱受主(acceptor)能級。·這種攙雜使價帶中的空穴的濃度較純凈半導體的空穴的濃度增加了很多倍，從而使半導體的導電性能增強。這種雜質半導體稱空穴型半導體，或p型半導體。導電機制：主要是由價帶中空穴的運動形成的。第28頁，課件共112頁，創作于2023年2月雜質半導體的示意圖++++++++++++N型半導體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關多子濃度——與溫度無關第29頁，課件共112頁，創作于2023年2月二、熱平衡條件下的載流子的濃度載流子濃度：是指單位體積內的載流子數。激發：電子從不斷熱振動的晶體中獲得一定的能量，從價帶躍遷到導帶形成自由電子，同時在價帶中出現自由空穴。復合：在熱激發的同時也有電子從導帶躍遷到價帶并向晶格放出能量，這就是電子空穴的復合。在一定溫度下激發和復合形成平衡，我們稱為熱平衡。第30頁，課件共112頁，創作于2023年2月1、能級密度指在導帶和價帶內單位體積，單位能量能級數目，用N(E)表示。導帶內的能級密度：價帶內的能級密度：N(E)為在電子能量E處的能級密度。h為普朗克常數。第31頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、費米能級＆電子占據率電子遵循費米-狄拉克（Fermi-Dirac）統計分布規律。能量為E的一個獨立的電子態被一個電子占據的幾率為第32頁，課件共112頁，創作于2023年2月

EF稱為費米能級或費米能量，它和溫度、半導體材料的導電類型、雜質的含量以及能量零點的選取有關。EF是一個很重要的物理參數，只要知道了EF的數值，在一定溫度下，電子在各量子態上的統計分布就完全確定。第33頁，課件共112頁，創作于2023年2月費米分布函數的特性當T=0K時：若E<EF,則f(E)=1

若E>EF,則f(E)=0

即在絕對零度時，能量比費米能量小的量子態被電子占據的幾率是百分之百，因而這些量子態上都有電子；而能量比EF大的量子態，被電子占據的幾率是零，因而這些量子態上都沒有電子，是空的。故在絕對零度時，費米能級EF可看成量子態是否被電子占據的一個界限。第34頁，課件共112頁，創作于2023年2月當T>0K時：若E<EF,則f(E)>1/2若E=EF,則f(E)=1/2若E>EF,則f(E)<1/2上述結果說明：當系統的溫度高于絕對零度時，如果量子態的能量比費米能級低，則該量子態被電子占據的幾率大于百分之五十；若量子態的能量比費米能級高，則該量子態被電子占據的幾率小于百分之五十。而當量子態的能量等于費米能級時，則該量子態被電子占據的幾率是百分之五十。第35頁，課件共112頁，創作于2023年2月EF的意義:EF的位置比較直觀地反映了電子占據電子態的情況。即標志了電子填充能級的水平。EF越高，說明有較多的能量較高的電子態上有電子占據。第36頁，課件共112頁，創作于2023年2月在強p型中，導帶中電子最少，價帶中電子也最少，所以可以說，強p型半導體中，電子填充能帶的水平最低，EF也最低。弱p型中，導帶和價帶電子稍多，能帶被電子填充的水平也稍高，所以EF也升高了。無摻雜，導帶和價帶中載流子數一樣多，費米能級在禁帶中線附近。弱n型，導帶及價帶電子更多了，能帶被填充水平也更高，EF升到禁帶中線以上，到強n型，能帶被電子填充水平最高，EF也最高。

EC

Ei

Ev

強p型弱p型本征型強n型弱n型第37頁，課件共112頁，創作于2023年2月在價帶中，知道了電子的占據概率，可求出空穴的占據概率，也就是不被電子占據的概率：第38頁，課件共112頁，創作于2023年2月在導帶中能級為E的電子濃度等于E處的能級密度和可被電子占據的概率的乘積：3、平衡載流子濃度在一定溫度T下，產生過程與復合過程之間處于動態的平衡，這種狀態就叫熱平衡狀態。處于熱平衡狀態的載流子n和p稱為熱平衡載流子。它們保持著一定的數值。第39頁，課件共112頁，創作于2023年2月在整個導帶中總的電子濃度是在導帶底Ec以上所有能量狀態上的積分。積分結果為：第40頁，課件共112頁，創作于2023年2月第41頁，課件共112頁，創作于2023年2月將(3)(4)兩式相乘得到:由此得到：（1）在每種半導體中平衡載流子的電子數和空穴數乘積與費米能級無關（2）禁帶寬度Eg越小，乘積越大，導電性越好（3）半導體中的載流子濃度隨溫度的增大而增大。第42頁，課件共112頁，創作于2023年2月可見，電子和空穴的濃度乘積和費米能級無關。對一定的半導體材料，乘積只決定于溫度T，與所含雜質無關；而在一定溫度下．對不同的半導體材料，因禁帶寬度不同而不同。

這個關系式不論是本征半導體還是雜質半導體，只要是熱平衡狀態下的非簡并半導體都普通適用，在討論許多實際問題時常常引用。

還說明，對一定的半導體材料，在一定的溫度下，np的乘積是一定的。換言之，當半導體處于熱平衡狀態時，載流子濃度的乘積保持恒定，如果電子濃度增大，空穴濃度就要減小；反之亦然。第43頁，課件共112頁，創作于2023年2月

（1）當材料一定時，n0、p0隨EF和T而變化；

（2）當溫度T一定時，

n0×p0僅僅與本征材料相關。由下式可知第44頁，課件共112頁，創作于2023年2月4、本征半導體的載流子濃度

本征半導體：滿足n0=p0=ni的半導體就是本征半導體。在室溫（RT=300K）下：

ni（Ge）≌2.1×1013cm-3

ni（Si）≌1.3×1010cm-3

ni（GaAs）≌1.1×107cm-3

第45頁，課件共112頁，創作于2023年2月在熱平衡態下，半導體是電中性的：

n0=p0

第46頁，課件共112頁，創作于2023年2月即得到：CarriersDensityofIntrinsicSemiconductors第47頁，課件共112頁，創作于2023年2月由（5）式可以見到：1、溫度一定時，Eg大的材料，ni小；

2、對同種材料，

ni隨溫度T按指數關系上升。

CarriersDensityofIntrinsicSemiconductors第48頁，課件共112頁，創作于2023年2月5、摻雜半導體的載流子濃度：N型半導體，施主原子的多余價電子易進入導帶，使導帶中的自由電子數目增多高于本征半導體的電子濃度，則分別為：Nd為n型半導體中摻入的施主原子的濃度第49頁，課件共112頁，創作于2023年2月N型半導體的費米能級：由上式可見，n型半導體中的費米能級位于禁帶中央以上，摻雜濃度愈高，費米能級離禁帶中央越遠，愈靠近導帶底。第50頁，課件共112頁，創作于2023年2月P型半導體，受主原子易從價帶中獲得電子，價帶中的自由電子濃度將高于本征半導體中的自由空穴濃度。設摻入的受主原子的濃度為Na，則第51頁，課件共112頁，創作于2023年2月P型半導體的費米能級：由上式可見，p型半導體中的費米能級位于禁帶中央以下，摻雜濃度愈高，費米能級離禁帶中央越遠，愈靠近價帶頂。第52頁，課件共112頁，創作于2023年2月三、半導體中的非平衡載流子半導體器件通過外部注入載流子或用光激發方式而使載流子濃度超過熱平衡時的濃度，這些超出部分的載流子通常稱為非平衡載流子或過剩載流子。相應的：n=n0+⊿np=p0+⊿p

且：⊿n=⊿p非平衡載流子：⊿n和⊿p（過剩載流子）第53頁，課件共112頁，創作于2023年2月1、材料的光吸收（1）本征吸收對于本征半導體在一定溫度下載流子濃度達到平衡后，再受光照時，價帶中的電子吸收光子能量而遷移到導帶，在價帶中留下空穴，這時電子＆空穴的濃度都增大，則這個過程我們稱為本征吸收。要發生本征吸收，光子能量必須大于材料禁帶寬度，因此在長波方向存在一個界限：第54頁，課件共112頁，創作于2023年2月（2）雜質吸收摻有雜質的半導體在光照下，中性施主的束縛電子可以吸收光子而躍遷導帶。同樣中性受主的束縛空穴也可以吸收光子而躍遷到導帶，這種吸收為雜質吸收。施主釋放束縛電子到導帶，受主釋放束縛空穴到價帶所需的能量稱為電離能。雜質吸收光的長波限：第55頁，課件共112頁，創作于2023年2月（3）其他吸收其他還有自由載流子吸收，晶格吸收等，這些吸收很大程度上是將能量轉換成熱能，增加熱激發發載流子濃度，引起光電導現象主要是本征吸收＆雜質吸收。第56頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、非平衡載流子濃度光照射半導體材料時，在本征半導體中電子吸收能量大于禁帶寬度的光子，并產生了電子空穴對即光生載流子。如果光照突然停止，光生載流子不再產生，而載流子濃度因復合而減小。第57頁，課件共112頁，創作于2023年2月復合的種類：間接＆直接復合。直接復合：晶格中運動的自由電子直接由導帶回到價帶與自由空穴復合。間接復合：自由電子＆自由空穴通過禁帶中的復合中心間接進行復合。復合對光生載流子濃度的影響？第58頁，課件共112頁，創作于2023年2月光生載流子的平均生存時間稱為光生載流子的壽命。半導體中，光生電子空穴對的直接復合率與載流子濃度成正比。解得方程：為光照剛停時得光生載流子濃度，為載流子濃度下降得衰減系數。第59頁，課件共112頁，創作于2023年2月四、載流子得擴散與漂移1、擴散當材料得局部位置收到光照，材料吸收光子產生載流子，在這局部位置得載流子濃度就比平均濃度高。這時電子將從濃度高得點向濃度低得點運動，是自己在晶體中重新達到均勻分布，這種現象稱為擴散。第60頁，課件共112頁，創作于2023年2月單位面積得電流稱為擴散電流，正比于光生載流子得濃度梯度。第61頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、漂移在外電場作用下，電子向正極方向運動，空穴向負極方向運動，這種運動稱為漂移。在電場中，漂移產生得電子（空穴）電流密度矢量為：第62頁，課件共112頁，創作于2023年2月當擴散和漂移同時存在得時候總得電子電流密度矢量和空穴電流密度矢量分別為：總電流密度為兩者之和。第63頁，課件共112頁，創作于2023年2月3.2半導體的光電效應光電效應的分類：1、內光電效應：材料在吸收光子能量后，出現光生電子空穴，由此引起電導率變化和電流電壓現象，稱之為內光電效應。內光電效應制成的器件有兩大類：光電導和光生伏特效應的兩大器件。含有光敏電阻，SPRITE探測器、光電池、光電二極管、三極管和場效應管等。

第64頁，課件共112頁，創作于2023年2月

2、外光電效應：當光照射某種物質時，若入射的光子能量足夠大，它和物質中的電子互相作用，致使電子逸出表面，這種現象稱為外光電效應。外光電效應制成的器件有：光電管，光電倍增管等。第65頁，課件共112頁，創作于2023年2月一、光電導效應當半導體材料受照時，由于對光子得吸收引起載流子濃度得增大，因而導致材料電導率增大，這種現象稱為光電導效應。材料對光得吸收有本征型和非本征型兩種。第66頁，課件共112頁，創作于2023年2月本征型：光子能量大于材料禁帶寬度時，把價帶中得電子激發到導帶，在價帶中留下自由空穴，從而引起材料電導率得增加，即本征型光電效應。非本征型：若光子激發雜質半導體，使電子從施主能級躍遷到導帶或從價帶躍遷到受主能級，產生光生自由電子或空穴，從而增加材料得電導率，即非本征光電導效應。第67頁，課件共112頁，創作于2023年2月1、光電流材料樣品兩端涂有電極，加載一定得弱電場，在樣品的垂直方向加上均勻的光照，入射功率為常數時，所得到的光電流為穩態光電流。第68頁，課件共112頁，創作于2023年2月無光照時，常溫下的樣品具有一定的熱激發載流子濃度，因而樣品具有一定的暗電導率。樣品在有光照的條件下，吸收光子產生光生載流子濃度用Δn和Δp表示。光照穩定的條件下的電導率為：附加的電導率稱之為光電導率，能夠產生光電導效應的材料稱為光電導材料。第69頁，課件共112頁，創作于2023年2月令：則：

b為遷移比。光電導靈敏度定義為單位入射光輻射功率所產生的光電導率。光電導靈敏度表達式第70頁，課件共112頁，創作于2023年2月可見，要制成光電導率高的器件，應該使n0和P0有較小數值，因此光電導器件一般是由高阻材料(n0,P0較小)或者在低溫下使用(n0

，p0較少)第71頁，課件共112頁，創作于2023年2月下面我們看一下光電流密度的求解：首先：g為載流子產生率，為壽命。若入射光功率為Φs，載流子產生率與光功率的關系：第72頁，課件共112頁，創作于2023年2月第73頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、響應時間（1）光電導馳豫過程光電導材料從光照開始獲得穩定的光電流學要一定的時間，當光照停止后光電流逐漸消失，這種現象稱為光電導馳豫現象。（2）上升響應時間光生載流子濃度上升到穩態值的63％所需的時間為光電探測器上升響應時間。此時光生載流子濃度：第74頁，課件共112頁，創作于2023年2月（3）下降時間光照停止以后光生載流子下降到穩定值的37％時所需要的時間為下降時間。此時光生載流子濃度的變化為：第75頁，課件共112頁，創作于2023年2月光電導材料在弱光照時，表現為線性光電導，即光電導與入射光功率成正比。而在強光照時表現為拋物線光電導，即光電導與入射光功率的平方根成正比，定義其上升＆下降時間，相當于上升到穩態值的76％，下降到穩態值的50％。第76頁，課件共112頁，創作于2023年2月

影響光譜響應有兩個主要因素：光電導材料對各波長輻射的吸收系數和表面復合率。響應有一峰值，而無論向長波或短波方向，響應都會降低。定性分析其原因：在材料不同深度x處獲得的光功率為P=P0(1-)。在較長波長上，材料吸收少，吸收系數很小，產生的電子濃度較少，復合率小，一部分輻射會穿過材料，因此靈敏度低。第77頁，課件共112頁，創作于2023年2月

隨著波長減小，吸收系數增大，入射光功率幾乎全被材料吸收，量子效率增加，因此光電導率達到峰值。一般峰值靠近長波限，實際定義長波限為峰值一半處所對應的波長。當波長進一步減小時，吸收系數進一步增加，光子能量增大，激發的光生載流子大部分靠近材料表面附近，表面處的載流子復合率增加，光生載流子壽命減低，量子效率也隨之下降。靈敏度減小。第78頁，課件共112頁，創作于2023年2月二、p-n結光伏效應光生伏特效應是指：當兩種半導體材料或金屬/半導體相接觸形成勢壘，當外界光照射時，激發光生載流子，注入到勢壘附近形成光生電壓的現象.

利用光生伏特效應制成的光電探測器叫做勢壘型光電探測器。第79頁，課件共112頁，創作于2023年2月1、半導體pn結在p型半導體內部，空穴濃度高，費米能級位置相對較低。在n型半導體內部，電子濃度高，費米能級位置相對較高。平衡狀態下費米能級Ef處在同一高度上。結區的內建電場使p區相對于n區具有負電位，使結區造成了能帶彎曲，形成p－n結勢壘，阻擋多數載流子運動。第80頁，課件共112頁，創作于2023年2月第81頁，課件共112頁，創作于2023年2月第82頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、p－n結的電流電壓特性Pn結的主要特性是整流效應，即單向導電性。正向偏置：p區接正，n區接負。此時電流隨電壓的增大急劇上升反向偏置：n區接正，p區接負。隨著電壓的增加，電流趨向飽和。第83頁，課件共112頁，創作于2023年2月（1）正向偏置pn結的正向電流由p邊界的電子擴散電流和n邊界的空穴擴散電流組成。第84頁，課件共112頁，創作于2023年2月第85頁，課件共112頁，創作于2023年2月（2）反相偏置施加電壓的方向和內建電場的方向相同，使勢壘的高度增加，空間電荷區加寬。漂移電流占主要地位。

第86頁，課件共112頁，創作于2023年2月3、pn結光伏效應離PN結較近的由光產生的少數載流子，N區中的空穴，P區中的電子，受到內建電場的分離，電子移向N區，空穴移向P區，PN結區的光生電子-空穴對被PN結勢壘區較強的內建電場分離，空穴被移向P區，電子被移向N區，結果在N區將積累電子，P區將積累空穴，產生了一個與內建電場方向相反的光生電場，于是在P區和N區之間造成光生電勢差；

第87頁，課件共112頁，創作于2023年2月如果光照保持不變，積累過程達到動態平衡狀態，從而給出一個與光照度相應的穩定的電勢差，稱為光生電動勢，光強越強，光生電動勢也就越大。積累的光生載流子部分地補償了平衡PN結的空間電荷，引起了PN結勢壘高度降低。電子空穴的移動使p區的電勢高于n區的電勢，相當于pn結上加了正向偏置。

第88頁，課件共112頁，創作于2023年2月第89頁，課件共112頁，創作于2023年2月PN結中有三種電流：擴散電流、漂移電流、光生電流。光生電流與漂移電流方向相同，而擴散電流方向相反。把擴散電流和漂移電流定義為結電流Ij。結電流=擴散電流－漂移電流。第90頁，課件共112頁，創作于2023年2月外電路的電流：若外電路短路，外電壓為0，則短路電流Isc：當開路時，外電路電流為0，開路電壓Voc第91頁，課件共112頁，創作于2023年2月三、光電子發射效應1、光電發射定律斯托列托夫定律：當入射光的頻率或頻譜成份不變時，飽和光電流(即單位時間內發射的光電子數目)與入射光的輻射通量成正比e——電子電量；——光電激發出電子的量子效率；

P——輻射功率；P/——頻率為的總的光子數。第92頁，課件共112頁，創作于2023年2月愛因斯坦定律：光電子的最大動能與入射光的頻率成正比，而與入射光的強度無關。

Em——光電子的最大動能；

——與金屬等材料有關的常數，實際上就是逸出功；

h——普朗克常數；

——材料產生光電發射的極限頻率第93頁，課件共112頁，創作于2023年2月在T=0K時，當光子能量，即時，光電子最大動能隨光子能量增加而線性增加，在入射光頻率低于或波長大于時，不論光照強度如何，以及照射時間多長，都不會有光電子產生。稱為長波閾值或紅閾波長。當然，在常溫下，在長波閾附近有一拖尾，但基本上認為滿足愛因斯坦公式。

第94頁，課件共112頁，創作于2023年2月2、金屬的光電發射金屬的逸出功：克服原子核的靜電引力和偶電層的勢壘作用所做的功。金屬的光電發射的物理過程可概括為三步：(1)金屬吸收光子，體內的電子被激發到高能態；(2)被激電子向表面運動，在運動過程中因碰撞而損失部分能量；(3)到達表面的電子克服位壘而逸出。第95頁，課件共112頁，創作于2023年2月半導體光電發射半導體光電發射的量子效率遠高于金屬。而且探測響應寬，尤其在紅外探測是有不可替代的地位，在紅外探測、夜視、地物勘探等等方面具有越來越重要的作用。對半導體光電發射的物理過程歸納為三步：(1)半導體中的電子吸收入射光子的能量而被激發到高能態（導帶）上；(2)這些被激電子在向表面運動的過程中受到散射而損失掉一部分能量；(3)到達表面的電子克服表面電子親和勢EA而逸出。第96頁，課件共112頁，創作于2023年2月本征半導體的熱電子發射逸出功W熱為真空能級E0與費米能級Ef之差。W熱＝E0－Ef＝1/2Eg＋EA光電發射逸出功W光：在絕對零度時光電子逸出表面所需的最低能量W光＝Eg＋EA第97頁，課件共112頁，創作于2023年2月對于大多數情況，能夠有效吸收光子的電子高密度位置是在價帶頂附近，半導體受光照后能量轉換公式為則電子吸收光子能量后只能克服禁帶能級躍入導帶，而沒有足夠能量克服電子親和勢而逸入真空。第98頁，課件共112頁，創作于2023年2月只有當，則電子吸收光子能量后才能克服禁帶躍入導帶并逸出。∴EA+Eg稱為光電發射的閾能量。Eth=EA+Eg，光子的最小能量必須大于光電發射閾值，這個最小能量對應的波長稱為閾值波長(稱或長波限)。第99頁，課件共112頁，創作于2023年2月3、閾值波長能夠使電子逸出物質表面的光子最小能量稱為閾值波長（長波限）。第100頁，課件共112頁，創作于2023年2月3.3探測器中的噪聲一、噪聲的概念探測器輸出的光電信號并不平坦，而是在平均值上下隨機的起伏，這種隨機的瞬間的幅度不能預先知道的起伏稱為噪聲。通常用均方噪聲來表示噪聲值的大小，噪聲電流和噪聲電壓代表了單位電阻上所產生的功率，它是實際可測的，是確定的正值。第101頁，課件共112頁，創作于2023年2月根據噪聲的功率譜與頻率的關系，分為兩種噪聲：一