Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 光电导效应
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月01日09:14:59 星期天), 站内信件


光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。当光照射到半导体材料时，材
料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致
材料电导率增大。
稳态光电导
    半导体无光照时为暗态，此时材料具有暗电导；有光照时为亮态，此时具有亮电导
。如果给半导体材料外加电压，通过的电流有暗电流与亮电流之分。亮电导与暗电导之
差称为光电导，亮电流与暗电流之差称为光电流。
暗态下
       Gd=σd·A/L,           Id=GdU=σd·AU/L
亮态下
       Gl=σl·A/L,           Il=GlU=σl·AU/L
亮态与暗态之差
              Gp=Gl - Gd=(σl-σd）·A/L=Δσ·A/L
              Ip=Il - Id=(Gl-Gd）·U=Δσ·AU/L
A：半导体材料横截面面积
L：半导体材料长度
I：电流
U：外加电压
G：电导
σ：电导率
Δσ：光致电导率的变化量
下标d代表暗，l代表亮，p代表光。
光电导弛豫过程
    光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的。同样光照停止后
光电流也是逐渐消失的。这些现象称为弛豫过程或惰性。
    对光电导体受矩形脉冲光照时，常有上升时间常数τr和下降时间常数τf来描述弛
豫过程的长短。τr表示光生载流子浓度从零增长到稳态值63%时所需的时间，τf表示从
停光前稳态值衰减到37%时所需的时间。
    当输入光功率暗正弦规律变化时，光生载流子浓度（对应于输出光电流）与光功率
频率变化的关系，是一个低通特性，说明光电导的弛豫特性限制了器件对调制频率高的
光功率的响应：
Δn0：中频时非平衡载流子浓度。
ω：圆频率，ω=2πf。
τ：非平衡载流子平均寿命，在这里称时间常数。
　
可见Δn随ω增加而减小，当ω=1/τ时，Δn=Δn0/，称此时f=1/2πτ为上限截止频率
或带宽。
    光电增益与带宽之积为一常数，Mf=(τn/tn+τp/tp)·(1/2πτ
)=(1/tn+1/tp)·(
1/2π)=常数。表明材料的光电灵敏度与带宽是矛盾的：材料光电灵敏度高，则带宽窄；
材料带宽宽，则光电灵敏度低。此结论对光电效应现象有普遍性。
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