理论基础 光电导效应指固体受光照而改变其电导率。此效应是最早发第 现的光电现象。半导体和绝缘体都有这种效应 第电导率正比于载流子浓度及其迁移率的乘积。 章光电信息 节入射光的光子能量等于或大于与该激发过程相应的能隙△E光 光(禁带宽度或杂质能级到某一能带限的距离),也就是光电导有 电 导一个最大的响应波长,称为光电导的长波限λc,若λc以 效um计,△E以eV计,则λc与△E的关系为 λc=124/△E 技术物理基础 就光电器件而言,最重要的参数是灵敏度,弛豫时间和光谱基 分布。下面讨论一下光电导体的这三个参数
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 1 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 光电导效应指固体受光照而改变其电导率。此效应是最早发 现的光电现象。半导体和绝缘体都有这种效应。 电导率正比于载流子浓度及其迁移率的乘积。 入射光的光子能量等于或大于与该激发过程相应的能隙 ΔE (禁带宽度或杂质能级到某一能带限的距离)，也就是光电导有 一个最大的响应波长，称为光电导的长波限λC ， 若λC 以 μm 计，ΔE 以eV 计，则λC与ΔE的关系为 λC = 1.24 / ΔE 就光电器件而言，最重要的参数是灵敏度，弛豫时间和光谱 分布。下面讨论一下光电导体的这三个参数。 上一节
理论基础 6电导体的灵敏度 灵敏度通常指的是在一定条件下,单位照度所引起的光电流。第 由于各种器件使用的范围及条件不一致,因此灵敏度有各种不 第 同的表示法。光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强 节弱。它可以用光电增益G来表示。根据恒照即定态条件下电子与光 光空穴的产生率与复合率相等可推导出 章光电信息 电 G=βτ/t 导式中β为量子产额,即吸收一个光子所产生的电子空穴对数;τ技 效为光生载流子寿命;t为载流子在光电导两极间的渡越时间,一术 应般有 /HE =|/HU 理 将式(1)代入式(2)可得 基 G=βuU/2 上团回下回写 2
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 2 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 一、光电导体的灵敏度 灵敏度通常指的是在一定条件下，单位照度所引起的光电流。 由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不 同的表示法。光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强 弱。它可以用光电增益G来表示。根据恒照即定态条件下电子与 空穴的产生率与复合率相等可推导出： G = βτ/ tL ： （1） 式中β为量子产额，即吸收一个光子所产生的电子空穴对数；τ 为光生载流子寿命；tL为载流子在光电导两极间的渡越时间，一 般有 tL = l /μE = l2 /μU （2） 将式（1）代入式（2）可得 G = βτμU/l2
理论基础 式中为光电导体两极间距;p为迁移率;E为两极间的电场强度第 第:U为外加电源电压。可知,光电导体的非平衡裁流子寿命越章 长,迁移率μ越大。光电导体的灵敏度(光电流或光电增益)就 节越高。而且,光电导体的灵敏度还与电极间距的平方成反比米 电 光如果在光电导体中自由电子与空穴均参与导电,那么,光电增信 电益的表达式为 效 G=βτnn+儿/2 子和空穴的迁移率 技术物理基础 应式中和分别为自由电子和空穴的寿命;和μ分别为自由电物 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 3 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 式中l为光电导体两极间距；μ为迁移率；E为两极间的电场强度 ；U为外加电源电压。可知，光电导体的非平衡载流子寿命τ越 长，迁移率μ越大。光电导体的灵敏度（光电流或光电增益）就 越高。而且，光电导体的灵敏度还与电极间距l的平方成反比。 如果在光电导体中自由电子与空穴均参与导电，那么，光电增 益的表达式为 G = β(τnμn +τpμp )U/l2 式中τn和τp分别为自由电子和空穴的寿命；μn和μp分别为自由电 子和空穴的迁移率
理论基础 二、光电导的弛豫 光电导是非平衡载流子效应,因此有一定的弛豫现象:光照菊 第射到样品后,光电导逐渐增加,最后达到定态。光照停止, 章 光电导在一段时间内逐渐消失。这种现象表现了光电导对光 节强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时间就是弛豫时间,老 电 光或称为响应时间。显然,弛豫时间长,表示光电导反应慢, 电这时称为惯性大:弛豫时间短,即光电导反映快,称为惯性 效小。从实际应用讲,光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强 应下,一个光电器件能否有效工作的问题。从光电导的机理来 信息技术物理 看,弛豫现象表现为在光强变化时,光生载流子的积累和消 失的过程。因此,要讨论弛豫现象,必须研究光生载流子的基 产生和复合。 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 4 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 二、光电导的弛豫 光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象：光照 射到样品后，光电导逐渐增加，最后达到定态。光照停止， 光电导在一段时间内逐渐消失。这种现象表现了光电导对光 强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时间就是弛豫时间， 或称为响应时间。显然，弛豫时间长，表示光电导反应慢， 这时称为惯性大；弛豫时间短，即光电导反映快，称为惯性 小。从实际应用讲，光电导的弛豫决定了在迅速变化的光强 下，一个光电器件能否有效工作的问题。从光电导的机理来 看，弛豫现象表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消 失的过程。因此，要讨论弛豫现象，必须研究光生载流子的 产生和复合
理论基础 在分析定态光电导和光强之间的关系时,通常讨论下面的两第 种情况: 第1、直线性光电导的弛豫过程(即光电导与光强呈线性关系)章 对直线性光电导材料而言,在光强照射下,增加的电子密度 节△n(或空穴密度△p)与光强关系可表示为 光 电 光 An=al 导τ,这时,对直线性光电导可得: 效 信息技术 电在定态的情况下,如果光生载流子有确定的复合几率或寿命息 △n/ aβ 应式中是以光子计算的入射光强(即单位时间内通过单位面积物 的光子数);a为光电导体对光的吸收系数。由此可知,光生理 载流子的密度与光强成正比,电导率的增量与光强也成正比。基 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 5 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 在分析定态光电导和光强之间的关系时，通常讨论下面的两 种情况： 1、直线性光电导的弛豫过程（即光电导与光强呈线性关系） 对直线性光电导材料而言，在光强照射下，增加的电子密度 Δn（或空穴密度Δp）与光强I的关系可表示为 Δn =αI 在定态的情况下，如果光生载流子有确定的复合几率或寿命 τ，这时，对直线性光电导可得： Δn/τ=Inαβ 式中In是以光子计算的入射光强（即单位时间内通过单位面积 的光子数）；α为光电导体对光的吸收系数。由此可知，光生 载流子的密度与光强成正比，电导率的增量与光强也成正比
理论基础 在直线性光电导中,恒定光照下决定光电导上升规律的微分第 方程。M d△)/dh=1aB2 章 第三节光电导效 根据上式的初始条件t=0时,△n=0,则方程的解为光 电 △n=tnB(1-e) 取消光照后,决定光电导下降的微分方程为 △n d(△n)/at 信息技术 设光照停止时(t=0),△n具有式(1.1-10)所示的定态 理 值△n=InaBτ,则上式的解为 基 △n=τInCe 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 6 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 在直线性光电导中，恒定光照下决定光电导上升规律的微分 方程 根据上式的初始条件t = 0时，Δn = 0，则方程的解为 取消光照后，决定光电导下降的微分方程为 设光照停止时（t = 0），Δn具有式（1.1-10）所示的定态 值Δn = Inαβτ，则上式的解为
理论基础 所以直线性光电导上升和下降曲线如图1.1.3-1所示。 第 第 从上面分析可以看到,在 直线性光电导的弛豫中,章 节3 光电流都按指数规律上升光 光 和下降。在t=τ时,光电 电 电流上升到饱和值的(1信 1/e),或下降到饱和值 技 中十中的M升和降是对 时间(单位r) 的弛豫时间。显然,直线理 性光电导的弛豫时间与光基 图1.1.3-1直线性光电导上升和下降曲线强无关 上团回下回写 7
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 7 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 所以直线性光电导上升和下降曲线如图1.1.3-1所示。 从上面分析可以看到，在 直线性光电导的弛豫中， 光电流都按指数规律上升 和下降。在t =τ时，光 电流上升到饱和值的（1- 1/e），或下降到饱和值 的1/e，上升和下降是对 称的。因此定义为光电流 的弛豫时间。显然，直线 性光电导的弛豫时间与光 强无关。 图1.1.3-1直线性光电导上升和下降曲线
理论基础 2、抛物线性光电导的弛豫过程(光电导与光强的平方根成正比)第 对抛物线性光电导材料,△n(或△p)与光强I的关系可表示 第为 △n=aI 章 同时,必须假设复合率与光生载流子密度的平方程正比,即光 节光电导 复合 率=b(△n)2 电 式中b为比例系数,这时的定态条件为 b(△n)2=InaB 根成比例。 在抛物线性光电导中,决定光电导上升的微分方程为 d()/d=lnaB-b(△)2 信息技术物理基础8 效由此可见,光生载流子密度以及电导率的增量均与光强的平方术 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 8 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 2、抛物线性光电导的弛豫过程（光电导与光强的平方根成正比） 对抛物线性光电导材料，Δn（或Δp）与光强I的关系可表示 为 同时，必须假设复合率与光生载流子密度的平方程正比，即 复合率 = b（Δn）2 式中b为比例系数，这时的定态条件为 由此可见，光生载流子密度以及电导率的增量均与光强的平方 根成比例。 在抛物线性光电导中，决定光电导上升的微分方程为
理论基础 利用初始条件t=0时,Δn=0,可得式(1.1-18)的解为第 第 An=(L,a B/b)tanh(, a Bb)2t 章 方光照取消后,决定光电导下降的微分方程为 光 d(△n)/at b(△n)2 电 光利用初始条件t=0时,,从式(1.1-20)可得解为 电 效 b1+(L, aB b) 抛物线性光电导的上升和下降的曲线如图1.1.3-2所示。下 信息技术物理基础 降曲线是以横轴为渐进线的一条双曲线,因此称这样的下降基 规律为双曲线性衰减。 上团回下回写
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 9 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 利用初始条件t = 0时，Δn = 0，可得式（1.1-18）的解为 光照取消后，决定光电导下降的微分方程为 利用初始条件t=0时，，从式（1.1-20）可得解为 抛物线性光电导的上升和下降的曲线如图1.1.3-2所示。下 降曲线是以横轴为渐进线的一条双曲线，因此称这样的下降 规律为双曲线性衰减
理论基础 在非线性光电导情况下,光第 电导的弛豫现象取决于复杂 的复合机理,并且上升和下章 第三节光电导效应 降都不对称,我们可以用光 电 1, ab b 来表示弛豫时间。光照开始 上“升 下降 后,经过这段时间,光电导技 增加到定态值的tanh1 时间单位(LB) 0.75。而光照停止后,光物 图1.1.3-2抛物线性光电导的上升 电导在这段时间内减少到定 术物理基础 和下降的曲线 态值的一半。 上团回下回写 10
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 10 第 三 节 光 电 导 效 应 第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 结束 回目录 在非线性光电导情况下，光 电导的弛豫现象取决于复杂 的复合机理，并且上升和下 降都不对称，我们可以用 来表示弛豫时间。光照开始 后，经过这段时间，光电导 增加到定态值的tanh 1 = 0.75。而光照停止后，光 电导在这段时间内减少到定 态值的一半。 图1.1.3-2抛物线性光电导的上升 和下降的曲线
