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半导体的光电效应

2015-3-24 08:42| 编辑:电工学习网| 查看: 23801| 评论: 0

    半导体材料的光电效应是指如下情况:光照射到半导体的P-N结上,若光子能量足够大,则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量,从价带越过禁带到达导带,在导带中出现光电子,在价带中出现光空穴,即光电子.空穴对,它们总起来又称作光生载流子.
    光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下,在外电路中出现光电流,如图3-38(a)所示.从而在电阻R上有信号电压输出.这样,就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用.所谓负偏压是指P接负,N接正。
    图3-38(b)是P-N结及其附近的能带分布图。要注意的是能带的高、低是以电子(负荷)的电位能为根据的,电位越负能带越高.
    由图可见,外加负偏压产生的电场方向与内建电场方向一致,有利于耗尽层的加宽(耗尽层宽的优点,将在后面介绍).由前面的讨论还可看出:
    由于光子的能量为hf,半导体光电材料的禁带宽度为Eg,那么,当光照射在某种材料制成的半导体光电二极管上时,若有光电子-空穴对产生,显然,必须满足如下关系,即
                                    hf≥Eg
    或写为
    由于故,将f换为波长,则
    这就是说,只有波长λ<λc的入射光,才能使这种材料产生光生载流子,故λc称为截止波长;对应的频率称为截止频率fc.
图3 -38半导体材料的光电效应
    还应指出,若仔细来说,上面讨论的光电效应,在P-N结区实际存在两个过程:一是光子被材料吸收,产生光电子-空穴对;另一则是所产生的光电子.空穴对又可能被复合掉.
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