理论基石 §1.1.4光生伏特效应 回与录 光生伏特效应指的是由光照引起电动势的现象。严格来第 讲,包括两种类型:一类是发生在均匀半导体材料内部 章 类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方 光 但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为电 丹倍效应,而把光生伏特效应的涵义只局限于后一类情况。信 半导体界面包括有:由于掺杂质不同而形成的p型区和n息 技 型区的界面,即p结;金属和半导体接触的界面;不同半导术 体材料制成的异质结界面以及由金属一绝缘体一半导体组成物 了 系统的界面。在这些界面处都存在着一个空间电荷区,其中理 有很强的电场,称为自建电场。光照产生的电子空穴对,在 基 础 自建电场作用下的运动,就是形成光生伏特效应的原因。下 面以pn结为例进一步具体说明
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.4 光生伏特效应 1 回目录 光生伏特效应指的是由光照引起电动势的现象。严格来 讲，包括两种类型：一类是发生在均匀半导体材料内部；一 类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方， 但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为 丹倍效应，而把光生伏特效应的涵义只局限于后一类情况。 半导体界面包括有：由于掺杂质不同而形成的p型区和n 型区的界面，即pn结；金属和半导体接触的界面；不同半导 体材料制成的异质结界面以及由金属—绝缘体—半导体组成 系统的界面。在这些界面处都存在着一个空间电荷区，其中 有很强的电场，称为自建电场。光照产生的电子空穴对，在 自建电场作用下的运动，就是形成光生伏特效应的原因。下 面以pn结为例进一步具体说明。 上一节 回末页
理论基石 §1.1.4光生伏特效应 回与录 在p结交界处n区一侧带正电荷,p区一侧带负电荷,空间第 电荷区中自建电场方向自区指向p区。由于光照可以在空间电 章 荷区内部产生电子空穴对,它们分别被自建电场扫向n区与p区 形成光致电流。在空间电荷区附近一定范围内产生电子空穴对 光 只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区,同样可以形成光致信 严电流。光照产生的电流和空穴扩散运动所能起的距离为扩散长息 度。光致电流使n区和p区分别积累了负电荷和正电荷,在pn结 技 术 上形成电势差,引起方向与光致电流相反的n结正向电流。当物 了 电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候,便达到稳定理 情况,这时的电势差称为开路电压。如果pn结两端用外电路连 基 础 接起来,则有一股电流通过,在外电路负载电阻很低的情况, 这股电流就等于光致电流,称为短路电流。 2
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.4 光生伏特效应 2 回目录 在pn结交界处n区一侧带正电荷，p区一侧带负电荷，空间 电荷区中自建电场方向自n区指向p区。由于光照可以在空间电 荷区内部产生电子空穴对，它们分别被自建电场扫向n区与p区， 形成光致电流。在空间电荷区附近一定范围内产生电子空穴对， 只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区，同样可以形成光致 电流。光照产生的电流和空穴扩散运动所能起的距离为扩散长 度。光致电流使n区和p区分别积累了负电荷和正电荷，在pn结 上形成电势差，引起方向与光致电流相反的n结正向电流。当 电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候，便达到稳定 情况，这时的电势差称为开路电压。如果pn结两端用外电路连 接起来，则有一股电流通过，在外电路负载电阻很低的情况， 这股电流就等于光致电流，称为短路电流
理论基石 §1.1.4光生伏特效应 在稳定条件下,m结上的光电压与流经负载的光电流的关第 系为 =1-l[exp()-1] 章 光 当I=0时,可以确定开路光电压V为 电 KT 信 技 回式中为I短路电流。 术 般来说,光生电压随光强的增加而增大,且应满物 足(禁带宽度)。但是,也有电压较高的光生伏特现象,理 这种光生电压比E/q高出好几倍,有时竟达到100V左右,基 这种现象称为反常光生伏特效应。这种效应大多发生在多础 晶体中
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.4 光生伏特效应 3 回目录 在稳定条件下，pn结上的光电压与流经负载的光电流I的关 系为 当I = 0时，可以确定开路光电压Voc为 式中为Isc短路电流。 一般来说，光生电压随光强的增加而增大，且应满 足（禁带宽度）。但是，也有电压较高的光生伏特现象， 这种光生电压比Eg /q高出好几倍，有时竟达到100V左右， 这种现象称为反常光生伏特效应。这种效应大多发生在多 晶体中
理论基石 §1.1.4光生伏特效应 回与录 光生伏特效应的应用之一是把太阳能直接转第 换成电能,称为太阳电池。目前,用硅单晶材料 制造的太阳电池,已经广泛地应用于很多技术部 门,特别是航天技术。但是单晶硅体太阳电池造 价比较高。1975年实现了非晶硅的掺杂效应以后,息 很多人认为利用大面积非晶硅薄膜制备太阳电池 是很有希望的 了 章光电信息技术物理基础 此外,利用光生伏特效应制成的光电探测器基 件也得到广泛的应用 4
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.4 光生伏特效应 4 回目录 光生伏特效应的应用之一是把太阳能直接转 换成电能，称为太阳电池。目前，用硅单晶材料 制造的太阳电池，已经广泛地应用于很多技术部 门，特别是航天技术。但是单晶硅体太阳电池造 价比较高。1975年实现了非晶硅的掺杂效应以后， 很多人认为利用大面积非晶硅薄膜制备太阳电池 是很有希望的， 此外，利用光生伏特效应制成的光电探测器 件也得到广泛的应用
理论基石 §1.1.5热释电效应 回写 热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而第 释放表面吸附的部分电荷。此效应只能发生在不具有中心对 章 上团称的晶体中。在32种晶体的宏观对称类型中,只有10种具有 光 唯一的极化轴;晶体中离子沿极化轴正反两个方向的配置不电 完全相同而产生电矩,导致晶体沿极化轴方向出现一个宏观信 一 不等于零的固有极化强度P通常在晶体表面上总电矩的正 负端容易吸附异性电荷直到完全抵消总电矩所产生的宏观电技 术 场,所以这种固有极化并不表露出来。但是极化强度与温度物 有关,当温度变化时,由于极化强度的改变而释放出表面吸理 附的部分电荷。具有热释电效应的晶体称为热电体。当温度础 变化△T时,极化强度的变化的△P分量
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.5 热释电效应 5 回目录 热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而 释放表面吸附的部分电荷。此效应只能发生在不具有中心对 称的晶体中。在32种晶体的宏观对称类型中，只有10种具有 唯一的极化轴；晶体中离子沿极化轴正反两个方向的配置不 完全相同而产生电矩，导致晶体沿极化轴方向出现一个宏观 不等于零的固有极化强度 通常在晶体表面上总电矩的正 负端容易吸附异性电荷直到完全抵消总电矩所产生的宏观电 场，所以这种固有极化并不表露出来。但是极化强度与温度 有关，当温度变化时，由于极化强度的改变而释放出表面吸 附的部分电荷。具有热释电效应的晶体称为热电体。当温度 变化ΔT时，极化强度的变化的Δ 分量: 上一节
理论基石 §1.1.5热释电效应 回写 △P1=P;△T (i 上团式中p称为热释电系数。经过人工极化的铁电体都具有热 释电性质 第一章光电 热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关。在被信 了团钳制不能发生形变的晶体中出现的热释电效应为一级效应,息 技 或称主效应。在自由晶体中,除一级效应外还有因热膨胀术 所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量,这是次级物 热释电效应。晶体的温度、应力或应变不均匀时所引起的理 附加作用属于三级热释电效应,亦称假热释电效应。 基 础
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.5 热释电效应 6 回目录 （i = x，y，z） 式中pi称为热释电系数。经过人工极化的铁电体都具有热 释电性质。 热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关。在被 钳制不能发生形变的晶体中出现的热释电效应为一级效应， 或称主效应。在自由晶体中，除一级效应外还有因热膨胀 所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量，这是次级 热释电效应。晶体的温度、应力或应变不均匀时所引起的 附加作用属于三级热释电效应，亦称假热释电效应
理论基石 §1.1.5热释电效应 回写 典型的热释电体的热释电系数p值为105数量级。第 在恒定温度下要产生相当于△T=10所引起的△P值,章 需施加70kV/m的外电场。铁电体的热释电效应比光 非铁电体例如电气石、Cas等大很多,并且p值与电 信 温度有关;靠近居里点时铁电体的热释电系数变得息 特别大。 技 术 热电体有重要和广泛的应用,如红外探测器,物 热电激光量热计,夜视仪以及各种光谱反接收器等。理 12 基 它的优点是不用低温冷却,但目前灵敏度比相应半础 导体稍低。 7
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.1.5 热释电效应 7 回目录 典型的热释电体的热释电系数p值为10-5 数量级。 在恒定温度下要产生相当于ΔT=1 0C所引起的ΔP值， 需施加70 kV/m 的外电场。铁电体的热释电效应比 非铁电体例如电气石、CdS 等大很多，并且p 值与 温度有关；靠近居里点时铁电体的热释电系数变得 特别大。 热电体有重要和广泛的应用，如红外探测器， 热电激光量热计，夜视仪以及各种光谱反接收器等。 它的优点是不用低温冷却，但目前灵敏度比相应半 导体稍低。 1.2
