光電子學(xué) (第五章2)

1、 光電子學(xué) 第五章 光輻射的探測 第十七講 湖南大學(xué) 物理與微電子科學(xué)學(xué)院，王玲玲 2016 年 3 月 物理與微電子科學(xué)學(xué)院物理與微電子科學(xué)學(xué)院 School of Physics and Microelectronics Science Ef Ei 問題一：直接躍遷特點？ )415( kk 0 光子動量khkh 波矢k電子吸收光子，躍遷k，k和k： 光子動量h/ ，與電子動量（T=300K， 量級5 10-9m，光光h/ 10-25， 電電3.5 10-19m，h/ 10-15）比極小， 0 電子吸收能量，動量不變準(zhǔn)動量守恒（ 0） 動量守恒： 略光子: )1515(光子動量qkk if

2、）（1615qkk if 間接躍遷：導(dǎo)帶最低能態(tài)與價帶最高能態(tài)k，躍遷動量變。 躍遷吸收光子，借助聲子（吸收或發(fā)射聲子 ）。）。 Ef Ei k k 問題二：間接躍遷特點？ p 受聲學(xué)聲子散射， 1.5 p 受光學(xué)聲子散射， 2.5 p 受電離雜質(zhì)散射， 3.5 總吸收系數(shù) f ： )2815( 5 . 35 . 25 . 1 S f DCBA u 入射光能量低，導(dǎo)帶電子或價帶 空穴吸收光子，載流子能帶躍遷。 u 動量守恒，電子動量變聲子吸收 或發(fā)射及電離雜質(zhì)散射補償。 問題三：載流子光吸收特點？ u h 3高分別率，低溫測 Eg小，n2，連續(xù)。 問題四：激子吸收特點？ 半導(dǎo)體不純，雜質(zhì)和缺陷

3、；半導(dǎo)體摻雜 p 電子吸收光子躍到導(dǎo)帶； p 空穴吸收光子躍到價帶（電子離開價帶躍遷雜質(zhì)能級）； a, c施主與導(dǎo)帶能級間躍遷 b, d 受主與價帶能級間躍遷 e施主與價帶能間躍遷 f 受主與導(dǎo)帶能級間躍遷 施主 受主 導(dǎo)帶 價帶 4. 能量更大- 雜質(zhì)吸收 3. 能量 一定 雜質(zhì)電離 2. 入射光子能量小 變大, 現(xiàn)吸收峰 1. 吸收光 子能量小- 基態(tài)躍到 激發(fā)態(tài) 問題五：雜質(zhì)吸收特點？ 光輻射的探測 5 5-4 光輻射的探測方法 5-3 光輻射探測過程中的噪聲 5-1 物質(zhì)中的光吸收 5-2 光探測的基本物理效應(yīng) 光電效應(yīng) 結(jié)合半導(dǎo) 體幾種光 吸收過程 特點 1 3 2 光熱效應(yīng) 分類

4、光與物質(zhì)作用光與物質(zhì)作用 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光熱效應(yīng)光熱效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 測輻射熱計效應(yīng)測輻射熱計效應(yīng) 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 光入射半導(dǎo)體，光子（EM波）與物質(zhì)微粒作用，引起： 光電效應(yīng)和 光熱效應(yīng)（光化） 實現(xiàn)：能量轉(zhuǎn)換，光輻射能其他能，輻射信息其他（電熱）信息。 檢測信息（電，熱），光輻射探測。 光輻射探測法： p 光電轉(zhuǎn)換，光電信號，測量處理電信號。 p 物理基礎(chǔ)光電效應(yīng)。 p 物質(zhì)吸收光輻射能量，T變熱效應(yīng)。 光輻射探測基礎(chǔ)，物理效應(yīng)（光電，光熱）。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本

5、物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光照物體使發(fā)射電子，物體使發(fā)射電子，電學(xué)性變（電導(dǎo)率，發(fā)射電子， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢）光電效應(yīng)（太陽能電池）。 外光電效應(yīng)：外光電效應(yīng)：光輻射，電子發(fā)射（將電子離表面，將電子離表面， 器件多陰極，倍增效果。器件多陰極，倍增效果。 內(nèi)光電效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng)：光照物質(zhì)內(nèi)電子能態(tài)變，表面不發(fā)射 電子【光子激發(fā)載流子（電子或空穴）留材料內(nèi)光子激發(fā)載流子（電子或空穴）留材料內(nèi)】。 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4

6、光輻射的探測方法 外光電效應(yīng)半導(dǎo)體, 金屬-光電發(fā)射體. 光電子材料逸出: 入射光子能 光電子發(fā)射體逸出功. E入射光子 入射光子W光電子發(fā)射體光電子發(fā)射體 半導(dǎo)體能級結(jié)構(gòu)圖. 逸出功W=真空能級E0費米EF 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 外光電效應(yīng): 光輻射, 電子發(fā)射 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) W=E0-EF EF Ec Eg E0 導(dǎo)帶底能級導(dǎo)帶底能級 價帶頂能級價帶頂能級 電子親和電子

7、親和 勢勢 Ex p 光照金屬或金屬氧化物, 光 能傳給表面電子, 電子獲足 能量, 克服正離子吸引, 離表 面進(jìn) 空間, 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng). 光照物質(zhì), 吸收(本征, 晶格振動, 自由載流子, 雜質(zhì)和激子); 電子被激發(fā)能量須真空能級E0逸出表面. 半導(dǎo)體本征吸收系數(shù)高, 105cm-1, 本征半導(dǎo)體吸收光子光電子 量子效率高(30%)-本征發(fā)射體; 雜質(zhì)吸收造成光電子發(fā)射-雜質(zhì)發(fā)射體; 光子被材料吸收光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面 雜質(zhì)濃度低(本征材料1/100), 光電子量子效率表面勢壘. 電子被激發(fā): p 部分能量消耗原位置 (價帶頂) 激 發(fā)導(dǎo)帶底Eg, p

8、 部分導(dǎo)帶底逸出表面需最低能: 電子親和勢： u E0真空, Ec導(dǎo)帶底能級. 逸出功W: u 與EF有關(guān)(W=E0-EF), EF隨摻 雜變, W不定. ) 125( 0 c EE 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動光電子向材料表面運動 光電子逸出界面 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 能帶彎電子逸出表面能量變. 電 子親和勢彎曲變, 可 + 或 - 電子易逸界面,

9、真空能級E0低. 適當(dāng)材料及表面吸附物質(zhì), 能帶 下彎, 變E0與Ec(導(dǎo)帶底能級)差 能帶彎: p E0Ec: 正電子親和勢光電陰極, p E0Ec: 正電子 親和勢光電陰極 E0Ec: 負(fù)電子親 和勢光電陰極 0 0 c EE 0 0 c EE ) 125( 0 c EE 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 u 真空能級 , 光電逸出功 u E0 Ec, 0, 光電子有達(dá)導(dǎo)帶底能量, 入射光子能量需=或稍光電陰極1-3量級), 光電陰極量子效果. 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面光

10、電子逸出界面 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) N型(電子)自 由電子濃度 空穴雜質(zhì). W=E0EF 光電發(fā)射光電能, 定律: 愛因斯坦: p vmax光電子逸出最大v. p h W, 光電發(fā)射, 入射光 下限( 上限)-紅限, -紅限 (長波限). .愛因斯坦定律愛因斯坦定律 .斯托列托夫定律 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面光電子逸出界面 1. 外

11、光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) Wmvh 2 max2 1 入射光子入射光子 能量能量 電子動電子動 能能逸出功逸出功 入射光足夠能量入射光足夠能量, 至少至少=W, 發(fā)射發(fā)射. p 入射入射 c, 光強多大光強多大, 照照t多長多長, 無光電子發(fā)射無光電子發(fā)射. 過程過程: 光入射, 電子吸收光子能量, 基態(tài)躍激發(fā)態(tài); 受激電子受激處出發(fā), 表面運動, 同其他電子或晶格碰失部分能; 達(dá)表面電子克服勢壘束縛, 逸出光電子. g EhmvWE-) 2 1 ()( max 2 max h Eg gg c

12、EE hc24. 1 .愛因斯坦定律愛因斯坦定律 .斯托列托夫定律 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面光電子逸出界面 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) p 光電發(fā)射陰極要求： 光吸收大，體內(nèi)多電子受激發(fā)射； 電子受激表面附近，碰撞損失盡量?。?逸出功小，達(dá)表面電子易逸出； 電導(dǎo)率好, 外電源補充光電發(fā)射失去電子. .愛因斯坦定律愛因斯坦定律 .斯托列托夫

13、定律 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面光電子逸出界面 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 斯托列托夫定律： IK飽和光I; v入射光通量; SK常數(shù)-光電發(fā)射體靈敏度, A/lm p 光I 入射光強. 入射光 紅限值( , ), 光I 光電子發(fā)射材料響應(yīng)可見光, 紅外靈敏度低; 基礎(chǔ)光電子發(fā)射器件測可見光弱信號, 響應(yīng)t 10-12s. ) 325( v

14、KK SI 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 .愛因斯坦定律 .斯托列托夫定律斯托列托夫定律 光子被材料吸收 光電子向材料表面運動 光電子逸出界面光電子逸出界面 1. 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 斯托列托夫定律斯托列托夫定律光電管光電管, 光電倍增管檢測基礎(chǔ)光電倍增管檢測基礎(chǔ). p 光照，吸收光子能，非傳導(dǎo)傳導(dǎo)電子，載流子濃度，電導(dǎo)。 測量負(fù)載R兩端V. 100年來半導(dǎo)體與光作用現(xiàn)象最早知。 信號信號 V

15、 負(fù)載負(fù)載R 入射光入射光 +- 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) p 制光敏電阻光敏電阻。 p 20世紀(jì)先后氧化亞銅，硫化鉈（鎘、鉛）光電導(dǎo)效應(yīng)， 發(fā)展紫外，可見紅外輻射探測器。 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) （1）定義）定義 光入射半導(dǎo)體，內(nèi)激發(fā)新載流子，電導(dǎo)率變，光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)。 （2）原理）原理 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏

16、效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) u 太陽能電池工作原理： 光入射半導(dǎo)體，內(nèi)激發(fā)新載流子-光生或非平衡載流子。 載流子含電子與空穴，出現(xiàn)，電導(dǎo)率 變。 1）無光照， ： p e電子電荷；n0電子濃度；P0空穴濃度； N和 P電子與空穴遷移率； 0暗電導(dǎo)。 )425()( 000 PN pne i-載流子遷移 qi-電荷 ni-電子濃度 i iii i i

17、qn 無機材料 p 無光照暗態(tài)，暗電導(dǎo)；光照亮態(tài)，亮電導(dǎo)。 p 加V，通過暗I與亮I. p 亮電導(dǎo)暗電導(dǎo)=光電導(dǎo)，亮I暗I=光I 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 太陽光照半導(dǎo)體p-n結(jié)，新空穴-電子對，E作用，空穴n向p， 電子p向n，通電路形成I. 光電效應(yīng)太陽能電池原理。 2）光照， 變 p n和 p光照電子與空穴梯度增量。

18、 電導(dǎo)增量是載流子作用，n半導(dǎo)體，暗電導(dǎo)電子增量定（略空穴）： p n（光照電子梯度增量）決定因素： 單位t光照生載流子數(shù)； 復(fù)合消失載流子數(shù)。 )625( N ne )425()( 000 PN pne 無光照 )525()( PN pne 光照 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) p 光生載流子壽命。平衡，Q=R p n照射光生

19、載流子濃度。 單位t射單位面積光子數(shù) 單位體積光生載流子數(shù)： p 量子效率，吸收一光子生電子-空穴對。 P照光，光生載流子，單位t復(fù)合載流子數(shù)： )725( abh P NP )()825( c N abch P Q p )925( n R )1025( abch P n 到單位面積光子數(shù) 照射光能 光照電子梯度增量 n因素：無外E： 光生載流子數(shù)=吸收一光子生電子-空穴對數(shù) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光

20、電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 加外E，載流子定向移。碰撞他原子或分子，生新載流子對， 光I，被遇 粒子吸收，與異性電荷復(fù)合 定向電荷數(shù)。 電子作用，光I： N單位場強電子平均漂移率，單位m2/Vs，E電場；e電子電荷； p n(5-2-10)代(5-2-11)： 電子渡越t 光照生電量 電荷移動，影響光I因素 )1125(bcEneI N )1225( d N Th P e E a h P eI E a T N d h P e d T n光照光生載流子濃度 光I )1025( abch P n 平衡光生載流子數(shù) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2

21、光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 定義： 光電導(dǎo)增益（ 光生載流子壽命，Td電子渡越t）。 p 非平衡 越長，電子從一電極移到另電極t越短，光電導(dǎo)增益越大。 壽命與材料有關(guān)，渡越t由 E 。 光電導(dǎo)增益1，適當(dāng) 與Td，G103 光照，延遲t，光生載流子 相應(yīng)量穩(wěn)。 )1325(） d T G 光電導(dǎo)增益 E a T N d 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探

22、測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) )1225( d N Th P e E a h P eI 光I 圖光電導(dǎo) 與 過程。未平衡， n變（光生載流子數(shù)Q -復(fù)合消失載流 子數(shù)）： 小注入I， （光生載流子壽命）常數(shù)。初始t =0， n =0，解（下頁）： )1425( )( RQ dt nd 光照停，光生載流子 方程： n從穩(wěn)Q ， n隨t 變（下頁）： )1525(

23、)1 ( t eQn )1625( )( n dt nd )1725( t eQn )925(/nR 光照結(jié)束，光生載流子一定t復(fù)合完。材料對光強變反應(yīng)-光電導(dǎo)馳豫。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 電子渡越電子渡越t )1725( t eQn t n Q eQn t Qn dt n dt n ndn dt nd ； ； lnl

24、n |ln )()( )1425( )( RQ dt nd )1525()1 ( t eQn 推導(dǎo)(5-2-17)： )925( n R 推導(dǎo)(5-2-15)： 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) p 光照不均半導(dǎo)體或半導(dǎo) 體與金屬組合不同部位 產(chǎn)生電位差。 p 機理多，存在阻擋層。 p 光伏器件I-V特性： 結(jié)區(qū)結(jié)區(qū) pn + +

25、 + + + + + + + - - - - - - - - - E 光光 I V 短路光短路光I 開路光開路光V 光光I 反向飽和反向飽和I 暗暗I 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 工作：開路，短路，反偏（光電導(dǎo)），正偏。工作：開路，短路，反偏（光電導(dǎo)），正偏。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理

26、效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) p 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 載流子激發(fā)載流子激發(fā)-光子光子 載流子分離載流子分離-內(nèi)建內(nèi)建E 光光I： )1( / kTqV sd d eII III 光 Id暗暗I，Is無光照反向飽和無光照反向飽和I，V加器件加器件V（正（正+，反，反-），）， k波耳茲曼常數(shù)，波耳茲曼常數(shù)， 1常數(shù)，常數(shù)，T絕對絕對T 另內(nèi)光電效應(yīng)。光照PN結(jié)出現(xiàn)。 無光照，無光照，結(jié)型半導(dǎo)體P和

27、N區(qū)，空穴，電子濃度比結(jié)區(qū)大，濃度梯 度使載流子擴展，N與P區(qū)積累空穴與電子，內(nèi)建E，NP 勢壘eVD(a)阻止空穴和電子移，平衡。 光照PN結(jié)，光譜效應(yīng)？ EC EE EV 內(nèi)建電場 空穴 電子 無光照 光照材料 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 光照（光照（P，N及結(jié)），光子能量Eg，激發(fā)電子-空穴對，非平衡， 新電荷移。 p

28、P產(chǎn)生電子離結(jié)近（電子擴散長度內(nèi)），大幾率擴散到結(jié)邊界， E加速運動，穿過勢壘達(dá)N，積累。 p N產(chǎn)生空穴達(dá)P，積累。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) EC EE EV 內(nèi)建電場 空穴 電子 無光照 光照材料 電動勢光照基礎(chǔ)， 光照消失，電動 勢不存在。 光照PN結(jié)開路， 結(jié)兩端開路V； PN結(jié)外接負(fù)載 回路，I經(jīng)PN結(jié)， 方向N

29、P。 負(fù)載0，測短路I EC EE EV 內(nèi)建E 空穴 電子 無光照 光照 積累多正電荷 積累多負(fù)電荷 光生I 結(jié)電子與空穴各移向N和P。P積累 多正電荷，N積累多負(fù)電荷，無光 照勢壘 (b)，如PN結(jié)加正向V。光 照PN結(jié)端現(xiàn)電動勢-光生電動勢。 光生伏特效應(yīng)-光伏效應(yīng)。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 形成光生電動勢，內(nèi)部I（

30、光生電動勢）IP NP，光生電動勢P與N 間正向V正向注入I，方向PN，PN加V導(dǎo)電機理，流過PN結(jié)I： )1825() 1( kT eV s eII p Is PN結(jié)反向飽和I p e電子電荷 u 光照PN結(jié)，光生電動勢，相當(dāng)PN結(jié)端加正向V，結(jié)勢壘eVD eVD-eV EC EE EV 內(nèi)部電流Ip 正向注入I 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效

31、應(yīng) 二、光熱效應(yīng) PN結(jié)外接回路，流經(jīng)外回路總I光生I和結(jié)I關(guān)系： p 流經(jīng)外回路總I=光生I 流過PN結(jié)I V PN結(jié)端V（外加V或光生V）。 流過PN結(jié)I )1925() 1( kT eV sPP eIIIII PN結(jié)反向飽和I 光生I 流經(jīng)外回路總I )1825() 1( kT eV s eII 流過PN結(jié)I 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效

32、應(yīng) 二、光熱效應(yīng) PN結(jié)開路，I=0，開路V Voc與Ip（光生I ）非線性。負(fù)載接外回路，I，PN結(jié)端V： PN結(jié)短路，V=0，短路I光I： 無光照，Ip=0，外加正向V： 半導(dǎo)體二極管I 光伏效應(yīng)，與光照聯(lián)系少數(shù)載流子行為，少數(shù)載流子壽命短， 光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)探測器件比光電導(dǎo)效應(yīng)更快響應(yīng)速度。 )2025() 1ln( s p oc I I e kT V )2125() 1ln( s p I II e kT V )2225(P h e II psc )2325() 1( kT eV s eII 0) 1( kT eV sP eIII 1 S P kT eV I I e PsP kT eV s

33、P IeIIeIII ) 1() 1( 0 流經(jīng)外回路總I h P e 光照射產(chǎn)生電量 )1925() 1( kT eV sP eIII 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1. 外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光電導(dǎo)效應(yīng) 光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 1.

34、外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射) 2. 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)) 一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng) 電流方向電流方向 I+ 流過PN結(jié)I Ip 光I I 流經(jīng)外回路總I 物質(zhì)光照，T變性質(zhì)變光熱效應(yīng)。 p 光電效應(yīng)光子能量光電子能量， p 光熱效應(yīng)光能量與晶格作用，振動加劇，T 。 光與不同材料，結(jié)構(gòu)光熱器件作用特性變，熱效應(yīng)： p 光電，光敏效應(yīng)，光電，光敏效應(yīng)，光照半導(dǎo)體電導(dǎo)變現(xiàn)象。 p 光致電變現(xiàn)象總稱。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 一、光電效應(yīng) 二、光

35、熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 光熱效應(yīng)光熱效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 測輻射熱計效應(yīng)測輻射熱計效應(yīng) 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 介質(zhì)極化強度隨T變，表面電荷變熱釋電現(xiàn)象。 原子或分子中 電荷位置： 非極性晶體，分子 電荷中心對稱，重合； 分子 電荷非中心對稱，重心重合，無極化； 電荷重心不重合，極化，外E撤，自發(fā)極化，晶體極化晶 體（對應(yīng)磁性材料自發(fā)磁化） 分子 電荷中心對稱重合 電荷非中心對稱，重心重合 電荷重心不重合 + + 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射

36、的探測方法 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 自發(fā)極化： 極化向晶體兩表面出現(xiàn)大小等，符號反面束縛電荷，a； 束縛面電荷密度=自發(fā)極化強度P。面束縛電荷不長久保持表面，周 圍自由電荷中和，穩(wěn)定無法測。 光照物質(zhì)，能量被吸收致物質(zhì)T ，電偶極子熱運動加劇，P變： p 光輻射強度變物質(zhì)T變P變。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 光照 自 發(fā) 極 化 強 度 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 響應(yīng)過程快，自發(fā)極化馳豫10-12s

37、，光輻射高，P跟上變。 自由電荷中和極化電荷過程長，數(shù)s甚至更長，表征光輻射信息 P被中和前測到。 動態(tài)測。 熱釋電，T重要， p T低，P大，表面感應(yīng)電荷 ； p T高，P小，表面感應(yīng)電荷 (b)，相當(dāng)釋放電荷熱釋電來源。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 自 發(fā) 極 化 強 度 光照 T不能無限 ，T ，P越來越弱，T達(dá)特定值，P 到0 極化晶體相變，極化晶體非極化晶體（磁性非磁性）。 相變：

38、 一級相變 二級相變。 p Tc居里T。 極化強度一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù) 一階導(dǎo)數(shù)連續(xù) 二階導(dǎo)數(shù)不連續(xù) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 臨界點氣液、鐵磁、超導(dǎo)、超流、 合金有序-無序、部分鐵電相變，無 外M正常向超導(dǎo)態(tài)變是二級相變； 一級相變：一級相變：兩相化學(xué)勢=，體積 變相變熱。相變點，兩相化學(xué)勢 一級偏微商 ，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 二級相變：二級相變：化學(xué)勢=，一次導(dǎo)數(shù)=， 二次導(dǎo)數(shù) 。 32種晶體宏觀

39、對稱，不具中心對稱21種，20種壓電效應(yīng)， 10種熱釋電現(xiàn)象，熱釋電現(xiàn)象，鐵電體重要熱釋電晶體。 某T范圍自發(fā)極化，外加E變極化強度方向。 晶體： TGS（硫酸三甘肽） SBN（鈮酸鍶鋇） LiTaO3 BaTiO3 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 鐵電體特點： 電疇結(jié)構(gòu)（磁性體磁疇結(jié)構(gòu)），局部現(xiàn)極化強度。 熱釋電現(xiàn)象探測，沿極化軸加E，晶體單疇化。 電滯回線，類磁滯回線。極化強度隨E變。 Ps

40、 Pr Ec 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 入射光照材料受熱電阻率變測輻射熱計效應(yīng)。 與光電導(dǎo)效應(yīng)不同，電阻律變T變引起（光電導(dǎo)效應(yīng)非傳導(dǎo) 態(tài)電子傳導(dǎo)態(tài)電子）。 阻值變與T變關(guān)系： T電阻T系數(shù)，T變足夠?。?R元件R，金屬，R T，R=BT（5-2-25） T與T成反比。 )2425(TRR T )2525( 1 dT dR R T 1)(1 )2625( 1 dT BdT BTdT BTd

41、 BTT T 光照，材料吸收光子能，非傳導(dǎo)傳導(dǎo)態(tài)電子，載流子濃度 ，電導(dǎo)率 。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng)測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 半導(dǎo)體R與T指數(shù)關(guān)系： 代入(5-2-25)： T高，半導(dǎo)體 T小。B常數(shù)，值3000K )2725( ) 11 ( 0 0 TT B eRR ）（2825 2 T B T )2525( 1 dT dR R T )2625( 1 T T 金屬 2 2 0 ) 11 ( ) 11 (

42、 ) 11 ( 0 ) 11 ( 0 )( ) 11 ( 111 0 0 0 0 T B dT T dT B dT TT dBe e dT deR eR dT dR R TT B TT B TT B TT B T (5-2-28)推導(dǎo) 電阻T系數(shù) 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng)測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 溫差電效應(yīng) 珀耳帖效應(yīng) 塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 分類分類 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測

43、的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 溫差電研究溫差和電關(guān)系，溫差和電關(guān)系，溫差電效應(yīng)： 1821年德國塞貝克塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電第一效應(yīng)塞貝克效應(yīng)，塞貝克效應(yīng)， 兩不同金屬閉合回路，接頭溫差，回路I ，溫差發(fā)電基礎(chǔ)； 1834年法國珀爾帖珀爾帖發(fā)現(xiàn)兩種金屬構(gòu)閉路，直流I，兩接頭間T 差珀爾帖效應(yīng)，珀爾帖效應(yīng)，電子致冷依賴該效應(yīng)，效應(yīng)，塞貝克逆效應(yīng)；塞貝克逆效應(yīng)； 1845年湯姆遜湯姆遜發(fā)現(xiàn)溫差電第三效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)。湯姆遜效應(yīng)。 溫差電發(fā)現(xiàn)近一世紀(jì)，未應(yīng)用；

44、p 原因：原因：金屬溫差電效應(yīng)弱； 二十世紀(jì)30年代，蘇聯(lián)物理學(xué)家約飛約飛半導(dǎo)體溫差電換能材料，提 固熔體合金概念，復(fù)興。 兩種不同材料制成結(jié)點出現(xiàn)T，結(jié)點間產(chǎn) 生電動勢，回路產(chǎn)生IT差電效應(yīng)。 光照結(jié)點T變T差電現(xiàn)象。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 1837年，俄國物理學(xué)家愣次愣次發(fā)現(xiàn)，I方向決定吸收還是產(chǎn)生熱量， 發(fā)熱（制冷）量 I； 1856年，湯姆遜湯姆遜熱力學(xué)原理分析塞貝克塞貝克和帕

45、爾帖效應(yīng)，帕爾帖效應(yīng)， 互不相干塞貝克塞貝克和帕爾帖系數(shù)帕爾帖系數(shù)聯(lián)系； 認(rèn)為： p 0K，帕爾帖與塞貝克系數(shù)倍數(shù)關(guān)系。理論預(yù)言理論預(yù)言新溫差電效應(yīng)， I在T不均導(dǎo)體流，產(chǎn)生不可逆焦耳熱，還吸（放）熱量（湯姆 遜熱）。 p 或反之，一金屬棒兩端T不同，兩端形成電勢差湯姆孫效 應(yīng)，繼塞貝克和帕爾帖效應(yīng)后第三熱電效應(yīng)。 發(fā)展歷史： 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 兩導(dǎo)體串聯(lián)回路，x，y兩點加電動勢，

46、半導(dǎo)體流過I一接頭吸熱，另 放熱，吸（放）熱v d p/dt I： p 珀爾貼系數(shù)，單位I過接頭吸（放）熱功 率，單位V 兩導(dǎo)體結(jié)點勢能差，回路接電動勢，載流 子通結(jié)點進(jìn)另導(dǎo)體，結(jié)點附近與晶格（熱 振動）能量變換，新平衡。 改變I方向，兩節(jié)點吸（放）熱功能互換。 一接 頭吸 熱 另接 頭放 熱 u 帕爾貼效應(yīng)：帕爾貼效應(yīng)：1834年法國帕爾貼發(fā)現(xiàn)熱電致冷致冷和致熱致熱現(xiàn)象， 金屬溫差電逆效應(yīng)。金屬溫差電逆效應(yīng)。兩不同金屬熱電偶，直流I，通方向不 同，結(jié)點吸（放）熱。200年前發(fā)現(xiàn)，致冷近幾十年。 )2925(I dt d P 帕爾貼效應(yīng)帕爾貼效應(yīng) 塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收

47、5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) u半導(dǎo)體致冷原理： N和P型半導(dǎo)體元件聯(lián)成熱電偶，接 直流電源，接頭溫差和熱量轉(zhuǎn)移。 p 上接頭，Inp，T 吸熱，冷端。 p 下接頭，Ipn，T 放熱，熱端。 半導(dǎo)體制冷片及外接電源 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 帕爾貼效應(yīng)帕爾貼效應(yīng) 塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射

48、熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 溫差電致冷組件致冷原理： p 若干對半導(dǎo)體熱電偶半導(dǎo)體熱電偶串聯(lián)，傳熱并聯(lián)，構(gòu)致冷熱電堆。致冷熱電堆。 接直流電源，熱電堆上冷端，下熱端。熱交換器，熱交換器， 堆熱端散熱保持一定T ，冷端放到工作環(huán)境吸熱 T。 半導(dǎo)體散熱片側(cè)視圖 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 帕爾貼效應(yīng)帕爾貼效應(yīng) 塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 塞貝克俄德

49、國科學(xué)家。17700409生愛沙尼亞（俄國）雷維 爾；18311210卒德國柏林。 塞貝克歌德朋友，研究色彩理論，錯誤。 成效：成效：1821年兩種不同金屬兩處相接，結(jié)點不同T，I不斷流電 路。塞貝克對從熱電（溫差電）沒解釋。 “塞貝克效應(yīng)”一個多世紀(jì)無人過問。 利用，肖克利制半導(dǎo)體器件。 1 T 圖圖1 接觸電勢差原理 + A B 2 T 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 帕爾貼效應(yīng) 塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二

50、、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 與帕爾貼反。兩不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)回路，結(jié)點不同T， 溫差 T，結(jié)點間電動勢V，回路引I。電動勢溫差電動勢，閉合 回路熱電偶。與溫差成正比： 或 S塞貝克系數(shù)，單位V/K， p 溫差小，V與 T線性， p 溫差大，積分求V。 )3125( 0 T T SdTV 溫差較大 溫差較小 )3025(TSdV 1 T 圖1 接觸電勢差原理圖 + + A B 2 T 珀爾貼效應(yīng)：珀爾貼效應(yīng)：兩不 同金屬熱電偶，輸 入直流電，通方向 不同，電偶結(jié)點產(chǎn) 生吸放熱現(xiàn)象。 5-1 物質(zhì)中的光吸收5-2 光探測的基本物理效應(yīng)光探測的基本物理效應(yīng)5-3 光輻射探測過程中的噪聲5-4 光輻射的探測方法 帕爾貼效應(yīng) 塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 1. 熱釋電效應(yīng) 2. 測輻射熱計效應(yīng) 3. 溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 二、光熱效應(yīng)二、光熱效應(yīng) 一接 頭吸 熱 另接 頭放 熱 塞貝克效應(yīng)微觀機理： p T梯度建立，熱端載流子較大動能向冷端擴散，堆積； p 堆積使電中性破壞，內(nèi)建E阻止熱端載流子向冷端擴散， 最終導(dǎo)體無凈電荷定向流動，兩端出現(xiàn)溫差電動勢； p 熱能電