中国计量大学（中国计量学院）：《光电技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二讲 光电检测技术基础（Ⅱ）

第二讲光电检测技术 基础(工) 李孝禄

第二讲 光 电 检 测 技 术 基础 (Ⅱ) 李 孝 禄

前言 本次课程介绍: 1.半导体物理基础。包括半导体的特性、能 带理论、载流子及运动、载流子对光的吸收、半 导体的ⅨN结及与金属的接触 2.光电效应。光电器件依据的物理基础主要 是固体的光电效应,就是固体中决定其电学性质 的电子系统直接吸收入射光能,使固体的电学性 质发生改变的现象。例如:光电子发射效应、光 电导效应、光生伏特效应等

前 言 本次课程介绍： 1.半导体物理基础。包括半导体的特性、能 带理论、载流子及运动、载流子对光的吸收、半 导体的PN结及与金属的接触。 2.光电效应。光电器件依据的物理基础主要 是固体的光电效应，就是固体中决定其电学性质 的电子系统直接吸收入射光能，使固体的电学性 质发生改变的现象。例如：光电子发射效应、光 电导效应、光生伏特效应等

你知道吗? 光电器件的主要用途: (1)用来察觉微弱光信号的存在和测量光信号的强 弱,主要考虑的是器件探测微弱光信号的能力。 2)在自动控制中作为光电转换器,主要考虑的是 光电转换效能。 其他用途:作为测量用的光电池和和作为能源的 太阳能电池

你知道吗？ 光电器件的主要用途： （1）用来察觉微弱光信号的存在和测量光信号的强 弱，主要考虑的是器件探测微弱光信号的能力。 （2）在自动控制中作为光电转换器，主要考虑的是 光电转换效能。 其他用途：作为测量用的光电池和和作为能源的 太阳能电池

第四节半导体物理基础 半导体的特性 电阻温度系数是负的,对温度变化敏感。 导电性能受微量杂质的影响而发生十分敏感的变化。 导电能力和性质受外界作用发生重要的变化

第四节 半导体物理基础 一、半导体的特性 电阻温度系数是负的，对温度变化敏感。 导电性能受微量杂质的影响而发生十分敏感的变化。 导电能力和性质受外界作用发生重要的变化

二、半导体的能带 能带理论:晶体中的电子只能处于能带的 能级上,且每一个能带中都有与原子总数 相适应的能级数 泡利原理:在每一个能级上最多只能容纳 两个自旋方向相反的电子

二、半导体的能带 能带理论：晶体中的电子只能处于能带的 能级上，且每一个能带中都有与原子总数 相适应的能级数。 泡利原理：在每一个能级上最多只能容纳 两个自旋方向相反的电子

半导体晶体能带图 E 导带 禁带1E 价带 木木 带 满带

半导体晶体能带图： 导带 价带 满带 禁带 E 禁带 Eg

根据能量最小原理,电子填充能带时,总 是从最低的能带、最小能量的能级开始填充 满带:任何时间都填满电子数 ■价带:绝对零度时,价带为价电子占满。而 导带中没有电子。 ■导带:价带中电子获得足够的热能或辐射能 后,就会越过禁带进入导带

根据能量最小原理，电子填充能带时，总 是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。 满带：任何时间都填满电子数。 价带：绝对零度时，价带为价电子占满。而 导带中没有电子。 导带：价带中电子获得足够的热能或辐射能 后，就会越过禁带进入导带

半导体的类型 ■1、型半导体(本征半导体) 型半导体是完全纯净或结构完整的半导体, 是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零 度时,不受外界影响的情况下,导带没有 电子,价带也没有空穴,因此不能导电 在热运动或外界的影响下,价电子跃迁到 导带,产生自由电子和空穴,构成导电载 流子

三、半导体的类型 1、I型半导体（本征半导体）： I型半导体是完全纯净或结构完整的半导体， 是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零 度时，不受外界影响的情况下，导带没有 电子，价带也没有空穴，因此不能导电。 在热运动或外界的影响下，价电子跃迁到 导带，产生自由电子和空穴，构成导电载 流子

■2、N型半导体 对N型半导体,施主杂质中的电子只要获得 很小的能量,就能脱离原子而参加导电 由于导带中的电子在导电中起主要作用, 因此也称为“电子型半导体”。由能级图 可见,施主能级处于禁带内导带底的下面 电子从施主能级跃迁到导带所需的能 量E=E-E。在常温下,电子所具有的 平均热能就足以使施主原子电离。因此, 对N型半导体具有较高的电导率

2、 N型半导体 对N型半导体，施主杂质中的电子只要获得 很小的能量，就能脱离原子而参加导电， 由于导带中的电子在导电中起主要作用， 因此也称为“电子型半导体”。由能级图 可见，施主能级处于禁带内导带底的下面。 电子从施主能级跃迁到导带所需的能 量 。在常温下，电子所具有的 平均热能就足以使施主原子电离。因此， 对N型半导体具有较高的电导率。 Ei = E− − ED

■3、P型半导体 P型半导体是以空穴为主导电的半导体,这 样的半导体也称为“空穴型半导体”。由 能级图可见,受主能级处于禁带内价带顶 的上方,价带电子跃迁到受主能级所需的 电 离E,=EA-E 这时由于电子填充了 共价键中的空位而出现空穴。在常温下, 电子所具有的平均热能就足以使受主原子 电离。因此,对P型半导体具有较高的电导

3、P型半导体 P型半导体是以空穴为主导电的半导体，这 样的半导体也称为“空穴型半导体”。由 能级图可见，受主能级处于禁带内价带顶 的上方，价带电子跃迁到受主能级所需的 电离能 。这时由于电子填充了 共价键中的空位而出现空穴。在常温下， 电子所具有的平均热能就足以使受主原子 电离。因此，对P型半导体具有较高的电导 率。 Ei = EA − E+