1.3光电探测器的物理效应 客观事物（属性）的探测→某种效应 例：眼睛（生物视觉效应）、胶片（化学效应） 1.光电探测器： 把光辐射量转换为电量（电流或电压）的探测器 2.光电探测器物理效应分为： 光子效应 光热效应 分类：p14表格 1.3.1光子效应和光热效应 一、光子效应： 单个光子直接与物质中的电子作用，引起电子运动状态的改变，从而使物体 的电学性质改变 内光电效应：被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动， 使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。 光电导效应 光伏效应 外光电效应：被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。 二、光热效应 热探测器和光子探测器不同。 原理：基于材料吸收了光辐射能量以后温度升高（吸收的光能变为晶格振动 能量)，从而使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化的现象，这一现象 称为光热效应。 比较 (1)光热效应与单光子能量的大小没有直接关系，对光波频率没有选择性（红外波 段吸收率高，效应明显) (2)光子效应响应速度一般比较快，而光热效应的一般比较慢，并且容易受环境 温度变化的影响（热释电效应除外）
1.3.2光电发射效应（外光电效应） 在光照下，当物质中的电子吸收足够高的光子能 量，电子将逸出物质表面成为真空中的自由电子，这 种现象称为光电发射效应。 光电能量转换的基本关系为 E&=hw-E。 功函数 (1.3-1) 光电发射效应发生的条件为 (1.3-2) 截止频率 124 ,(m) E (ev) 截止波长1.3-3) 1.3.3光电导效应（体效应；内光电效应，金属内无此效应：n。= 半导体物理基础 在热平衡(OK以上：产生复合速率相等)下，热平衡的电 子浓度n和空穴浓度p,即 np=n (1.3-5) :响应温度下本征半导体中热生载流子浓度 在外电场E的作用下，漂移运动v和电场E之比定 义为载流子迁移率μ，即 4.=兰=(em2/p) E 4-是-兰mp动 (1.3-6) :端电压，L:电压方向半导体的长度
半导体的电导率σ（载流子漂移运动效果）为 o=en4n+ep4。(2·cm) (1.3-7) 若半导体的截面积为A,则电导（热平衡暗电导）G为 G-04Q) (1.3-8) 半导体的电阻R(暗电阻)为 (1.39) p为电阻率(2.cm)。 光电导如果光波长入满足如下条件：(Eg:禁带宽度，E:杂质能带宽度) (um)s hE (eV) 1.24 (本征) 2um）≤元.=E,(e 124 (杂质) 光生载流子浓度的变化△n和△p使半导体的电导增加△G,称之为光电导。 相应于本征和杂质半导体就分别成为本征和杂质光电导。 ()在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象称为本征光 电导效应 (2)入射光激发非本征半导体中杂质能级上的束缚态电子(n型)或空穴(p 型)而产生光生载流子，从而使半导体的电导率发生变化。这种称为非本征光电 导效应
对本征情况，如果光辐射每秒钟产生的光电子-空穴 对的数目为N,则 △n= (1.3-11) AL为半导体总体积， t和t,为电子和空穴的平均寿命。 根据(1.3-8、1.3-7)式有 AG=saAnu4+4p,)是 (1.3-12) eN为光辐射每秒钟激发的电荷量。△G产生电流增量△i A-VAG- (1.3-13) u:端电压 光电导体的电流增益M 2一入是=2《+2) (1.3-14) 讨论（以N型半导体为例）： 12 MnTn (1.3-15) 因为电子迁移率”。，/则 M= Vn t:渡越时间（外场作用下渡越半导体） Tn>In 此时：M1,存在增益
1.3.4光伏效应（内光电效应，半导体材料的结效应） I、PN结的形成PN结、肖特基势垒、异质结也可) p形 N利 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质， 分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半曰⊙曰曰曰斗田田田田田 导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程： 月⊙'9P田田'田®® 因浓度差 9P日99田®®®® 多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区日日田®®巴 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散上P一士 白白1⊕⊕ 最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡 白ei⊕田 ⊙⊙I©④ 对于P型半导体和N型半导体结合面，离 子薄层形成的空间电荷区称为PW结。 日日©© 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也 内电场日 称耗尽层。 2、PN结中载流子的运动 (1)扩散与漂移运动 扩散：多数载流子的运动。 漂移：少数载流子在电场作用下的定向运动。 (2)PN结中的电流 扩散电流：扩散运动产生的电流。 漂移电流：漂移运动产生的电流。 漂移运动和扩散运动平衡时，无论电子还是空穴， 它们各自产生的扩散电流和漂移电流相等，则PN结中 总电流为O,PN节两端无电压，即为零偏状态