光電材料與器件期末復(fù)習(xí)題

1、光電材料與器件復(fù)習(xí)題第一章1. 光電探測(cè)器：光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器：載流子的注入和復(fù)合發(fā)光效應(yīng)太陽(yáng)能電池：光生伏特效應(yīng)外光電效應(yīng):在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象,光電管、光電倍增 管。2.（1）原子核外電子排布能量最低原理核外電子在原子軌道上的排布，應(yīng)使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。即填充電子時(shí)， 是按照近似能級(jí)圖中各能級(jí)的順序由低到髙填充的。泡利不相容原理在同一原子中，不可能有兩個(gè)電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。如果原子中三個(gè)量子數(shù)相同，第四個(gè)一立不同，即同一軌道最多能容納2個(gè)自旋方向相反的電子。洪特規(guī)則在同一亞層的各個(gè)軌道上，電子的排布盡

2、可能分占不同的軌道，并且自旋相同。（2）電子在能帶中的排布排布原則：能量最低原理一一按由低到高的順序填充各能級(jí)。泡利不相容原理一一同一能級(jí)最多容納2個(gè)自旋方向相反的電子。2. 費(fèi)米能級(jí)EF是反映電子在各個(gè)能級(jí)中分布情況的參數(shù)。對(duì)于具體的電子體系，在一定溫度下，只要 確定了 EF,電子在能級(jí)中的分布情況也就完全確定了。對(duì)于一泄的半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)隨溫度以及雜質(zhì)的種類和數(shù)量而變化。費(fèi)米能級(jí)位置較高，說(shuō)明有較多的能量較高的捲子態(tài)上有電子。在絕對(duì)零度（T=0）時(shí)，費(fèi)米能級(jí)EF可看成量子態(tài)是否被電子占據(jù)的一個(gè)界限。3. （注意）（1）非平衡載流子的注入光注入：用光照射半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子的方法。（光-電

3、器件，光-光器件）電注入：給PN結(jié)加正向偏壓，PN結(jié)在接觸 而附近產(chǎn)生非平衡載流子。當(dāng)金屬和半導(dǎo)體接觸時(shí)，加上適當(dāng)?shù)钠珘?，也可以注入非平衡載流子。 電-光器件）（2）非平衡載流子的復(fù)合非平衡載流子的復(fù)合：非平衡載流子是在外界作用下產(chǎn)生的，當(dāng)外界作用撤除以后，由于半 導(dǎo)體的內(nèi)部作用，導(dǎo)帶中的非平衡電子將落入到價(jià)帶的空狀態(tài)中，使電子和空穴成對(duì)地消失。非平衡載流子的復(fù)合是半導(dǎo)體由非平衡態(tài)趨向平衡態(tài)的一種弛豫過(guò)程，屬于統(tǒng)汁性的過(guò)程。5.量子限制效應(yīng)(QCE, Quantum Confinement Effect),指固體材料的尺度縮小到一泄值時(shí)， 即在某一維度上可與電子的徳布洛意波長(zhǎng)或電子平均自由程相

4、比擬或更小時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)受 到局限，電子態(tài)呈量子化分布，連續(xù)的能帶分解為分立的能級(jí)。第二章1. pn結(jié)定義所謂pn結(jié)，是指采用某種技術(shù)在一塊半導(dǎo)體材料內(nèi)形成共價(jià)鍵結(jié)合的p型和n型區(qū), 那么p型區(qū)和n型區(qū)的界而及其二側(cè)載流子發(fā)生變化范圍的區(qū)域稱為pn結(jié)。2. 非平衡pn結(jié)定 義：施加偏壓的pn結(jié)。此時(shí)pn結(jié)處于非平衡狀態(tài)，稱非平衡pn結(jié)。正向偏置：偏置電壓為p區(qū)電位髙于n區(qū)電位反向偏置：偏置電壓為n區(qū)電位髙于p區(qū)電位特征-與平衡pn結(jié)相比：空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)發(fā)生變化破壞了載流子擴(kuò)散、漂移的動(dòng)態(tài)平衡：空間電荷區(qū)寬度變化：能帶結(jié)構(gòu)變化：載流子分布變化：產(chǎn)生新的物理現(xiàn)象-形成電流：正向偏程條件下：空間電

5、荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度被削弱，載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，形 成凈擴(kuò)散流-稱為正向電流。反向偏巻條件下：空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度被增強(qiáng)，載流子漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形 成凈漂移流-稱為反向電流。3載流子分布正偏：空間電荷區(qū)電場(chǎng)被削弱，載流子擴(kuò)散大于漂移；載流子濃度在空間電荷區(qū)及邊界高于其平衡值：邊界處非平衡少數(shù)載流子向體內(nèi)擴(kuò)散；邊擴(kuò)散邊與多子復(fù)合，在少子擴(kuò)散長(zhǎng)度處近似等于平衡少子濃度。反偏：空間電荷區(qū)電場(chǎng)被加強(qiáng)，載流子漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：載流子濃度在空間電荷區(qū)及邊界處低于其平衡值；中性區(qū)平衡少子向空間電荷區(qū)內(nèi)擴(kuò)散； 使擴(kuò)散長(zhǎng)度范羽內(nèi)少子濃度低于英平衡值； 載流子低于平衡值就要有產(chǎn)生；擴(kuò)散進(jìn)空間電荷區(qū)的載

6、流子與產(chǎn)生的載流子動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，反偏載流子達(dá)穩(wěn)定分布。4. pn結(jié)擊穿泄義：反向電壓增大到某一值V B時(shí)，電流急劇上升。這種現(xiàn)象稱為pn結(jié)的擊穿。 相應(yīng)反偏電壓V B稱為pn結(jié)擊穿電壓。擊穿是pn的本征現(xiàn)象，本身不具有破壞性，但是如果沒(méi)有恰當(dāng)?shù)南蘖鞅Ｗo(hù)措施，pn 結(jié)則會(huì)因功耗過(guò)大而被熱損壞。擊穿機(jī)制：熱擊穿：隧道擊穿：雪崩擊穿-常見(jiàn)的主要擊穿機(jī)制。（1）隧道擊穿隧道效應(yīng)-電子具有波動(dòng)性，它可以一左幾率穿過(guò)能量比英髙的勢(shì)壘區(qū)，這種現(xiàn)象稱作隧道 效應(yīng)。隧道擊穿pn結(jié)反偏下，p區(qū)價(jià)帶頂可以髙于n區(qū)導(dǎo)帶低，那么p區(qū)價(jià)帶電子可以借助隧 道效應(yīng)穿過(guò)禁帶到達(dá)n區(qū)。當(dāng)反偏壓達(dá)到VB時(shí)，隧穿電子密度相當(dāng)髙，形成的

7、隧逍電流相 當(dāng)大，這種現(xiàn)象通常稱作隧道擊穿，又稱齊納擊穿。（2）雪崩擊穿碰撞電離一反偏空間電荷區(qū)電場(chǎng)較強(qiáng)，構(gòu)成反向電流的電子和空穴可以獲得較大的動(dòng)能。若 電子和空穴獲得的動(dòng)能在與晶格原子碰撞時(shí)足以將價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對(duì), 稱為碰撞電離。雪崩倍增效應(yīng)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)從電場(chǎng)獲取足夠能量，與原子撞碰又產(chǎn)生第二代電子 -空穴對(duì)。如此繼續(xù)下去，使構(gòu)成反向電流的載流子數(shù)量劇增，這種現(xiàn)象稱為雪崩倍增效應(yīng)。雪崩擊穿-由雪朋倍增效應(yīng)引起的反向電流的急劇增大，稱為雪崩擊穿。5. 異質(zhì)結(jié)定義二種不同半導(dǎo)體材料以價(jià)健形式結(jié)合在一起，那么其界面及二測(cè)少子密度（與平衡狀態(tài)相比） 發(fā)生變化的區(qū)域稱為異質(zhì)結(jié)

8、特征：二個(gè)區(qū)域禁帶寬度不同同型異質(zhì)結(jié)（二種半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型相同）；反型異質(zhì)結(jié)（二種半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型不同）。6、半導(dǎo)體的光吸收機(jī)制機(jī)理：載流子吸收光能躍遷；晶格振動(dòng)吸收光能。機(jī)制：本征吸收，雜質(zhì)吸收，自由載流子吸收，激子吸收，晶格振動(dòng)吸收。激子：處于禁帶中的電子與價(jià)帶中的空穴在 庫(kù)侖場(chǎng)作用下束縛在一起形成的電中 性系統(tǒng)。激子可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng), 不形成電流。激子吸收：價(jià)帶電子受激躍至禁帶，形成激子。激子吸收特征：hv小于EG第三章1.、光輻射的度疑光輻射的度量方法有兩種:一種是客觀的度量方法，研究齊種電磁輜射的傳播和量度，稱為輻射度學(xué)參量.適用于整個(gè)電磁譜區(qū).另一種是主觀的計(jì)量方法，以人眼

9、見(jiàn)到的光對(duì)大腦的刺激程度來(lái)對(duì)光進(jìn)行計(jì)量的方法，稱為光度學(xué)參量.適用于可見(jiàn)光譜區(qū).輻（射）通量：以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率；或者說(shuō)，在單位時(shí)間內(nèi)，以輻射形式 發(fā)射、傳播或接收的輻（射）能。又稱輻（射）功率。光通量：從數(shù)量上描述電磁輻射對(duì)視覺(jué)的刺激強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，人眼所感受到的光能。與 輻射波長(zhǎng)及人眼的視見(jiàn)函數(shù)有關(guān)。2. 半導(dǎo)體的光吸收有本征吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收、晶格振動(dòng)吸收等多 種吸收機(jī)制。其中，最主要的吸收是本征吸收。價(jià)帶中的電子吸收了能量足夠大的光子后，受到激發(fā)，越過(guò)禁帶，躍入導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中留 下一個(gè)空穴，形成了電子空穴對(duì)，這種躍遷過(guò)程所形成的光吸收過(guò)程稱為本征

10、吸收。2.光電導(dǎo)探測(cè)器原理內(nèi)光電效應(yīng)：材料在吸收光子能疑后，出現(xiàn)光生電子空穴，由此引起電導(dǎo)率變化或電流電 壓現(xiàn)象，稱之為內(nèi)光電效應(yīng)，是相對(duì)于外光電效應(yīng)而言的。光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，吸收光子引起載流子濃度增大，產(chǎn)生附加電導(dǎo)率使電 導(dǎo)率增加，這個(gè)現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。第四章重點(diǎn)：定義，知道相關(guān)器件：外光電效應(yīng)：物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為（光電發(fā)射效應(yīng)：光電管、光電管、像增強(qiáng)管）內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率P發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象（光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)管或稱光敏電阻光伏效應(yīng)：光電池、光電二極管）定義，比較，簡(jiǎn)答題：光子效應(yīng)：指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直

11、接作用的一類光電效應(yīng)。探測(cè)器吸收光子 后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài) 的改變。特點(diǎn)：光子效應(yīng)對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快。例如：太陽(yáng)電池花 光熱效應(yīng)：探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的 光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué) 性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點(diǎn)：原則上對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。說(shuō)明：在紅外區(qū)，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，常用于紅外線輻射探測(cè)。 例如：熱釋電紅外探測(cè)器光譜匹配是選擇光電探測(cè)器，如像管、光電倍增管、紅外成像

12、器件的光電轉(zhuǎn)換材料的重要依 據(jù)。希望光電探測(cè)器盡量與光源匹配。定義：如果入射光是強(qiáng)度調(diào)制的，在其他條件不變下，光電流將隨調(diào)制頻率f的升高而下 降，這時(shí)的靈敏度稱為頻率靈敏度RF噪聲主要分為：有形噪聲和無(wú)規(guī)噪聲前者一般可以預(yù)知，因而總可以設(shè)法減少和消除。后者來(lái)自物理系統(tǒng)內(nèi)部，表現(xiàn)為一種無(wú)規(guī)則起伏它是探測(cè)器所固有的不可避免的現(xiàn)象。任何一個(gè)探測(cè)器，都一定有噪聲也就是說(shuō)，在它輸出端總存在著一些亳無(wú)規(guī)律，事先無(wú) 法預(yù)知的電壓起伏。這種無(wú)規(guī)起伏，在統(tǒng)汁學(xué)中稱為隨機(jī)起伏，它是微觀世界服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的反映。從這個(gè)意義上說(shuō)，實(shí)現(xiàn)微弱光信號(hào)的探測(cè)，就是從噪聲中如何提取信號(hào)的問(wèn)題長(zhǎng)時(shí)間看，噪聲電壓從零向上漲和向下落的

13、機(jī)會(huì)是相等的，其時(shí)間平均值一左為零。所以用 時(shí)間平均值無(wú)法描述噪聲大小依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因，光電探測(cè)器的噪聲可大致分為散粒噪聲、產(chǎn)生一復(fù)合噪聲、熱噪 聲和低頻噪聲幾種噪聲的定義：1. 散粒噪聲：無(wú)光照下，由于熱激發(fā)作用，而隨機(jī)地產(chǎn)生電子所造成的起伏(以光電子發(fā)射為例)。 由于起伏單元是電子電荷量c,故稱為散粒噪聲，這種噪聲存在于所有光電探測(cè)器中。2. 產(chǎn)生一復(fù)合噪聲對(duì)光電導(dǎo)探測(cè)器，載流子熱激發(fā)是電子一空穴對(duì)。電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中，與光伏 器件重要的不同點(diǎn)在于存在嚴(yán)重的復(fù)合過(guò)程，而復(fù)合過(guò)程本身也是隨機(jī)的。因此，不僅有載流子產(chǎn)生的起伏，而且還有載流子復(fù)合的起伏，這樣就使起伏加 倍，雖然本質(zhì)也是散粒

14、噪聲，但為強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生和復(fù)合兩個(gè)因素，取需為產(chǎn)生一復(fù)合散粒噪聲3. 光子噪聲以上是熱激發(fā)作用產(chǎn)生的散粒噪聲。假泄忽略熱激發(fā)作用，即認(rèn)為熱激發(fā)直流電流Id 為零。由于光子本身也服從統(tǒng)訃規(guī)律。我們平常說(shuō)的恒泄光功率，實(shí)際上是光子數(shù)的統(tǒng)訃平 均值，而每一瞬時(shí)到達(dá)探測(cè)器的光子數(shù)是隨機(jī)的。因此，光激發(fā)的載流子一泄也是隨機(jī)的，也要產(chǎn)生起伏噪聲，即散粒噪聲。因?yàn)檫@里 強(qiáng)調(diào)光子起伏，故稱為光子噪聲。它是探測(cè)器的極限噪聲，不管是信號(hào)光還是背景光，都要 伴隨著光子噪聲，而且光功率愈大，光子噪聲也愈大4. 熱噪聲電阻材料，即使在恒過(guò)的溫度下，其內(nèi)部的自由載流子數(shù)目及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是隨機(jī)的，由此而 構(gòu)成無(wú)偏壓下的起伏電動(dòng)勢(shì)。

15、這種由載流子的熱運(yùn)動(dòng)引起的起伏就是電阻材料的熱噪聲，或 稱為約翰遜(Johnson)噪聲。熱噪聲是由導(dǎo)體或半導(dǎo)體中載流子隨機(jī)熱激發(fā)的波動(dòng)而引起 的。其大小與電阻的阻值、溫度及工作帶寬有關(guān)。5. 1/f噪聲1/f噪聲又稱為閃爍或低頻噪聲。這種噪聲是由于光敏層的微粒不均勻或不必要的微量雜質(zhì)的存在，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)在微 粒間發(fā)生微火花放電而引起的微電爆脈沖。幾乎在所有探測(cè)器中都存在這種噪聲它主要 出現(xiàn)在大約lKHz以下的低頻頻域，而且與光輻射的調(diào)制頻率F成反比，故稱為低頻噪聲或 1/f噪聲。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，探測(cè)器表面的工藝狀態(tài)（缺陷或不均勻等）對(duì)這種噪聲的影響很大，所 以有時(shí)也稱為表而噪聲或過(guò)剩噪聲。6.溫度

16、噪聲它是由于材料的溫度起伏而產(chǎn)生的噪聲。在熱探測(cè)器件中必須考慮溫度噪聲的影響。 當(dāng)材料的溫度發(fā)生變化時(shí)，由于有溫差A(yù)T的存在，因而引起材料有熱流量的變化 e, 這種熱流量的變化導(dǎo)致產(chǎn)生物體的溫度噪聲。本征型光敏電阻一一一般在室溫下工作，適用于可見(jiàn)光和近紅外輜射探測(cè) 非本征型光敏電阻一一通常在低溫條件下工作，常用于中、遠(yuǎn)紅外輻射探測(cè) 光敏電阻的電流：1.無(wú)光照時(shí),光敏電阻的阻值很大，電路中電流很小。2受光照時(shí)，由光照產(chǎn)生的光生載流子迅速增加,它的阻值急劇減少。在外電場(chǎng)作用下光生 載流子沿一定方向運(yùn)動(dòng)，在電路中形成電流，光生載流子越多電流越大。簡(jiǎn)答，判斷： 光敏電阻的特點(diǎn)： 光譜響應(yīng)范圍寬，根據(jù)光

17、電導(dǎo)材料的不同，光譜響應(yīng)可從紫外光、可見(jiàn)光、近紅外擴(kuò)展到 遠(yuǎn)紅外，尤其是對(duì)紅光和紅外輻射有較高的響應(yīng)度 偏置電壓低，工作電流大（可達(dá)數(shù)亳安） 動(dòng)態(tài)范園寬，既可測(cè)強(qiáng)光，也可測(cè)弱光 光電導(dǎo)增益大（大于1）,靈敏度高 光敏電阻無(wú)極性，使用方便光譜響應(yīng)主要由材料禁帶寬度決左，禁帶寬度越窄則對(duì)長(zhǎng)波越敏感，但禁帶很窄時(shí)， 半導(dǎo)體中熱激發(fā)也會(huì)使自由載流子濃度增加，使復(fù)合運(yùn)動(dòng)加快，靈敏度降低，因此采用冷卻 靈敏面的辦法來(lái)降低熱發(fā)射，來(lái)提高靈敏度往往是很有效的。溫度降低，使靈敏范用和U金值 向長(zhǎng)波范圍移動(dòng)，降低了熱發(fā)射，提高了靈敏度 零偏壓pn結(jié)光伏探測(cè)器一一光伏工作模式一一光電池 硅光電池的用途：光電探測(cè)器件

18、，電源PN結(jié)很重要！太陽(yáng)電池的物理基礎(chǔ)：p-n結(jié)的形成：當(dāng)p型硅和n型硅互相接觸時(shí)，如圖2.1所示，交界而兩側(cè)的電子和空穴濃度不同，于是界 而附近的電子將通過(guò)界面向右擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而空穴則向左擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。界而左側(cè)附近的電子流向 p區(qū)后，就剩下了一薄層不能移動(dòng)的電離磷原子P+，如圖（b）所示，形成一個(gè)正電荷區(qū)，阻 礙n區(qū)電子繼續(xù)流向p區(qū)，也阻礙p區(qū)空穴流向n區(qū)。類似的過(guò)程也使界而右側(cè)附近剩下一 薄層不能移動(dòng)的電離硼原子B-,它阻礙p區(qū)空穴向n區(qū)及n區(qū)電子向p區(qū)的繼續(xù)流動(dòng)。于 是界面層兩側(cè)的正、負(fù)電荷區(qū)形成了一個(gè)電偶層，稱為阻擋層，如圖（b）所示。(D eTeje田 EDeSJ*E#田 他Q) O.田o

19、 00000 寸OGO 0 OpN (a)卩內(nèi)電場(chǎng)一EDHJ3 EG QQO q 0（b）（a） n型硅和p型硅接觸；（b）形成pn結(jié)非本征吸收包括激子吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收和晶格振動(dòng)吸收等。本征吸收發(fā)生 在波長(zhǎng)吸收限入0以內(nèi)，非本征吸收發(fā)生于入0之外。簡(jiǎn)答，過(guò)程會(huì)敘述： 光生伏特效應(yīng)：當(dāng)p-n結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，在p-n結(jié)處有一個(gè)耗盡區(qū)，其中存在著勢(shì)壘電場(chǎng)，該電場(chǎng)的方向 由n區(qū)指向p區(qū)。如圖2.3 （a）所示，電池被太陽(yáng)照射時(shí)，能量h 大于或等于禁帶寬度 Eg的光子，穿過(guò)減反射膜進(jìn)入硅中。在n區(qū)、空間電荷區(qū)、p區(qū)中激發(fā)出光生電子-空穴對(duì)。 光生電子空穴對(duì)在耗盡區(qū)中產(chǎn)生后，立即被勢(shì)壘電場(chǎng)

20、分離，光生電子被送進(jìn)n區(qū)，光生空穴則被推進(jìn)p區(qū)。在n區(qū)中，光生電子空穴對(duì)產(chǎn)生后，光生空穴（少子）便向pn結(jié)邊界 擴(kuò)散，一旦到達(dá)p-n結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場(chǎng)作用，被電場(chǎng)力牽引做漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)耗 盡區(qū)進(jìn)入p區(qū)，光生電子（多子）則被留在n區(qū)。p區(qū)中的光生電子（少子）同樣因?yàn)閿U(kuò)散、 漂移而進(jìn)入n區(qū)，光生空穴（多子）留在p區(qū)。這樣，在p-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相 反的光生電動(dòng)勢(shì).如圖2.3 （b）所示，這就是光生伏特效應(yīng)。9 e0；-ii & e丼 I 2 pe e0;-i Q Q)i勢(shì)傘電場(chǎng) 耗盡XS）平衛(wèi)時(shí)PKA區(qū)e*i光生電蔚勢(shì)（b）光照時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù)（以下是各種判斷?。┯捎贗L與入

21、射光強(qiáng)成正比，因此VOC也隨入射光強(qiáng)增加而增大，與入射光強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正 比，開(kāi)路電壓還與10的對(duì)數(shù)成反比，而10與電池基體材料的禁帶寬度有關(guān)，禁帶愈寬，10 越小，則VOC愈大。同時(shí)VOC隨溫度的升高而降低。填充因子最大輸岀功率與（VOCISC）之比稱為填充因子，用FF表示。對(duì)于開(kāi)路電壓VOC和短路 電流ISC定的特性曲線來(lái)說(shuō)，填充因子越接近于1,電池效率越高，伏安特性線彎曲越大。因此FF也稱曲線因子，表示式為FF是用以衡量太陽(yáng)電池輸出特性好壞的重要指之一。在一左光強(qiáng)下, 太陽(yáng)電池效率FF愈大，曲線愈方，輸出功率越高。太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率是首要的關(guān)鍵指標(biāo),決上著電池的成本、質(zhì)量.材料消耗、輔助設(shè)施

22、等太 陽(yáng) 電 池 的 轉(zhuǎn) 換 效 率 為77 = x00% 二x0O%Pm&式中Pin太陽(yáng)電池的輸入功率。所以太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載時(shí) 的最大能量轉(zhuǎn)換效率。判斷：效率影響因素：禁帶寬度禁帶寬度對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響是雙向的。一方而禁帶寬度增大會(huì)使短路電流減少。因?yàn)殡S著 它的增大，能激發(fā)光生電流的光子數(shù)在減少。另一方而，開(kāi)路電壓則隨著禁帶寬度增大而 增大。因此，要得到較髙的電池轉(zhuǎn)換效率，必須找合適禁帶寬度的材料。溫度電池效率隨著溫度升高而下降。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)造成禁帶寬度的降低少數(shù)載流子的壽命光生載流子產(chǎn)生后，少數(shù)載流子要運(yùn)動(dòng)到p-n結(jié)另一方。在此期間，只有它不被復(fù)合才有可 能

23、形成電池電流。少數(shù)載流子壽命除了取決于材料本身外，還取決于復(fù)合中心的濃度。而復(fù) 合中心由晶體缺陷和雜質(zhì)所構(gòu)成。少數(shù)載流子壽命越長(zhǎng)，暗電流越小，開(kāi)路電壓越高。 摻雜濃度及其分布在一左范用內(nèi)，摻雜濃度越髙，開(kāi)路電壓也隨之增大，這有利于轉(zhuǎn)換效率的提髙。但由于載 流子的簡(jiǎn)并效應(yīng)，過(guò)多的摻雜反而會(huì)降低開(kāi)路電壓，而且少子壽命也會(huì)降低。另外，當(dāng)摻雜 濃度從電池表面的擴(kuò)散區(qū)向結(jié)的方向不均勻降低時(shí)，可提髙光生載流子的收集效率，有利于 轉(zhuǎn)換效率的提髙。光強(qiáng)提高太陽(yáng)光的強(qiáng)度有助于提髙轉(zhuǎn)換效率。提高太陽(yáng)光的強(qiáng)度可以增大電池的短路電流。另一 方面還會(huì)發(fā)生“場(chǎng)助效應(yīng)”，即在基區(qū)中產(chǎn)生強(qiáng)大的光生電流，這個(gè)電流產(chǎn)生一個(gè)促使光

24、生 載流子流向p-n結(jié)的電場(chǎng)。高的光強(qiáng)還可以提高電池的填充因子。串聯(lián)電阻電池的排列、歐姆接觸、電池的內(nèi)阻都構(gòu)成電池的串聯(lián)電阻。染料敏化太陽(yáng)電池：激發(fā)態(tài)的壽命越長(zhǎng)，越有利于電子的注入，而激發(fā)態(tài)的壽命越短，激發(fā)態(tài)分子有可能來(lái)不 及將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中就已經(jīng)通過(guò)非輻射衰減而返回到基態(tài)2、4兩步為決怎電 子注入效率的關(guān)鍵。電子注入速率常數(shù)（kinj）與逆反應(yīng)速率常數(shù)（kb）之比越大，電子復(fù) 合的機(jī)會(huì)就越小，電子注入的效率就越高。步驟6是造成電流損失的一個(gè)主要原因，因此電 子在納米晶網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度（k5）越大，電子與13-離子復(fù)合的交換電流密度（J0）越小, 電流損失就越小。在整個(gè)過(guò)程中，各反應(yīng)

25、物種總狀態(tài)不變，光能轉(zhuǎn)化為電能。電池的開(kāi)路電壓（VoC取決于 二氧化鈦的費(fèi)米能級(jí)和電解質(zhì)中氧化還原電對(duì)的能斯特電勢(shì)之差I(lǐng)Si光電二極管結(jié)構(gòu)原理：為了消除表面漏電流，在器件的SiO2表而保護(hù)層中間擴(kuò)散一個(gè)環(huán)形pm結(jié)，如圖所示，該 環(huán)形結(jié)構(gòu)稱為環(huán)極。在有環(huán)極的光電二極管中，通常有三根引出線，對(duì)于n+p結(jié)構(gòu)器件，n 側(cè)電極稱為前極，p側(cè)電極稱為后極。環(huán)極接電源正極，后極接電源負(fù)極，前極通過(guò)負(fù)載接 電源正極，由于環(huán)極電位高于前極，在環(huán)極形成阻擋層阻止表面漏電流通過(guò)，可使得負(fù)載 RL的漏電流很?。ㄐ∮?.05 u A ）,若不用環(huán)極也可將其斷開(kāi)作為空腳。填空，簡(jiǎn)答：光電二極管的頻率特性響應(yīng)主要由三個(gè)因素

26、決左：（a）光生載流子在耗盡層附近的擴(kuò)散時(shí)間; （b）光生載流子在耗盡層內(nèi)的漂移（渡越）時(shí)間：（c）與負(fù)載電阻RL并聯(lián)的結(jié)電容Ci所決左 的電路RC時(shí)間常數(shù)。簡(jiǎn)答，原理過(guò)程會(huì)描述：雪朋光電二極管（APD）在幾百伏的反偏壓作用下，由于PN結(jié)內(nèi)的電場(chǎng)足夠髙，由光子產(chǎn)生的電子和空穴可獲得很 髙的能呈:，當(dāng)它們撞擊價(jià)帶中的被束縛的電子時(shí)，就會(huì)引起電離現(xiàn)象，從而產(chǎn)生新的電子空 穴對(duì)，原有的電子和空穴連同新產(chǎn)生的電子和空穴在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下又重新獲得能量，導(dǎo)致 更多的撞擊，產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì)，這樣由光子產(chǎn)生的一對(duì)電子和空穴經(jīng)過(guò)多次碰撞后可 以產(chǎn)生很多的電子和空穴，人們將這種電流放大現(xiàn)象稱為雪崩。雪朋光電二

27、極管就是利用這 種效應(yīng)產(chǎn)生光電流的放大作用。熱探測(cè)器包括：熱電和熱釋電探測(cè)器熱探測(cè)器的分析模型有三部分組成：熱敏元件、熱鏈回路和大熱容量的散熱器利用熱釋電效應(yīng)制成的探測(cè)器稱為熱釋電探測(cè)器，（定義）在某些絕緣物質(zhì)中由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng).簡(jiǎn)答，原理，過(guò)程光電倍增管：PhotoMultiplier Tube,簡(jiǎn)稱PMT,是一種建立在光電子發(fā)射效應(yīng)、二次電子發(fā) 射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上的，把微弱光轉(zhuǎn)化成光電子并獲倍增的重要的真空光電發(fā)射器件。 這種器件實(shí)際上是一種電子管，感光的材料主要是金屬艷的氧化物，其中并摻雜了苴他一些 活性金屬（例如瀾系金屬）的氧化物進(jìn)行改性，以提高靈

28、敏度和修正光譜曲線，用這材料制 成的光電陰極射線管，在光線的照射下能夠發(fā)射電子，我們可以稱之為光電子，它經(jīng)柵極加 速放大后去沖擊陽(yáng)極，最終形成了電流。判斷，填空光電而按光子的發(fā)射方法可分成反射型和透過(guò)型兩大類。反射型通常是在金屬板匕形成 發(fā)光而，光電子同入射光反方向發(fā)射。透過(guò)型通常是在光學(xué)透明平板上形成薄膜狀光電面, 光電子同入射光同方向發(fā)射。結(jié)構(gòu)：1）環(huán)形聚焦型2）盒柵型3）直線聚焦型4）百葉窗型5）細(xì)網(wǎng)型6）微通逍板（MCP）型7）金屬通道型 （名稱要知道）掌握取決于什么材料：光譜響應(yīng)特性的長(zhǎng)波端取決于光陰極材料，短波端則取決于入射窗材料，掌握來(lái)源的名稱：陽(yáng)極暗電流的主要來(lái)源有以下幾種：1

29、）電子熱發(fā)射2）殘留氣體電離（離子反饋）3）玻璃發(fā)光 4）漏電電流 5）場(chǎng)致發(fā)射光電材料與器件第五章重點(diǎn):成像轉(zhuǎn)換過(guò)程有四個(gè)方而的問(wèn)題需要研究：能量方面一一物體、光學(xué)系統(tǒng)和接收器的光度學(xué)、輻射度學(xué)性質(zhì)，解決能否探測(cè)到目標(biāo)的問(wèn)題成像特性一一能分辨的光信號(hào)在空間和時(shí)間方而的細(xì)致程度，對(duì)多光譜成像還包括它的光譜分辨率噪聲方面一一決立接收到的信號(hào)不穩(wěn)定的程度或可靠性信息傳遞速率方面（成像特性、噪聲一一信息傳遞問(wèn)題，決左能被傳遞的信息量大?。┰刑?hào)聲 聲掌握固體攝像器件的功能：把入射到傳感器光敏而上按空間分布的光強(qiáng)信息（可見(jiàn)光、紅外輻射 等），轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸岀的電信號(hào)一一視頻信號(hào)，而視頻信號(hào)能再現(xiàn)入射

30、的光輻射圖像。 固體攝像器件主要有三大類：電荷耦合器件（Charge Coupled Device,即 CCD）互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器（即CMOS）電荷注入器件（Charge Injcnction Device,即 CID）電荷耦合器件（CCD）特點(diǎn)一一以電荷作為信號(hào)CCD的基本功能一一電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移CCDI作過(guò)程一一信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)的過(guò)程電荷存儲(chǔ)構(gòu)成CCD的基本單元是MOS（金屬-氧化物.半導(dǎo)體）電容器電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)電荷轉(zhuǎn)移以三相表而溝道CCD為例表而溝道器件，即SCCD （Surface Channel CCD） 轉(zhuǎn)移溝道在界面的CCD

31、器件體內(nèi)溝道（或埋溝道CCD）即BCCD （Bulk or Buried Channel CCD） 用離子注入方法改變轉(zhuǎn)移溝道的結(jié)構(gòu)，從而 使勢(shì)能極小值脫離界面而進(jìn)入襯底內(nèi)部，形成體內(nèi)的轉(zhuǎn)移溝道，避免了表而態(tài)的影響，使得 該種器件的轉(zhuǎn)移效率髙達(dá)99.999%以上，工作頻率可高達(dá)100MHz,且能做成大規(guī)模器件 電荷檢測(cè)：電流輸出結(jié)構(gòu)、浮置擴(kuò)散輸出結(jié)構(gòu)、浮宜柵輸出結(jié)構(gòu)：浮置擴(kuò)散輸岀應(yīng)用最廣泛線陣CCD可分為雙溝道傳輸與單溝道傳輸兩種結(jié)構(gòu)面陣CCD攝像器件有兩種：行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)與幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)彩色CCD：目前主要有三片式和單片式兩種CCD成像器件在既無(wú)光注入又無(wú)電注入情況下的輸出信號(hào)稱暗信號(hào)，即暗電流。

32、暗電流的根本起因在于耗盡區(qū)產(chǎn)生復(fù)合中心的熱澈發(fā)由于工藝過(guò)程不完善及材料不均勻等因素的影響，CCD中暗電流密度的分布是不均勻的。 暗電流的危害有兩個(gè)方而：限制器件的低頻限、引起固定圖像噪聲CCD的噪聲可歸納為三類：散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲和熱噪聲。分辨率是攝像器件最重要的參數(shù)之一，它是指攝像器件對(duì)物像中明暗細(xì)肖的分辨能力。測(cè)試 時(shí)用專門(mén)的測(cè)試卡。目前國(guó)際上一般用MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來(lái)表示分辨率采用 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)技術(shù)可以將光電攝像器 件陣列、驅(qū)動(dòng)和控制電路、信號(hào)處理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、全數(shù)字接口電路等

33、完全集成在一 起，可以實(shí)現(xiàn)單芯片成像系統(tǒng)。工作過(guò)程：首先，外界光照射像素陣列，產(chǎn)生信號(hào)電荷，行選通邏輯單元根據(jù)需要，選通相 應(yīng)的行像素單元，行像素內(nèi)的信號(hào)電荷通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處 理器(ASP)及A/D變換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字圖像信號(hào)輸出。行選通單元可以對(duì)像素陣列逐 行掃描，也可以隔行掃描。隔行掃描可以提髙圖像的場(chǎng)頻，但會(huì)降低圖像的淸晰度。行選通 邏輯單元和列選通邏輯單元配合，可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能，讀出感興趣窗口內(nèi)像元的 圖像信息。紅外焦平面器件(IRFPA)就是將CCD、CMOS技術(shù)引入紅外波段所形成的新一代紅外探 測(cè)器，是現(xiàn)代紅外成像系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。IRFP

34、A建立在材料、探測(cè)器陣列、微電子、互連、 封裝等多項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)之上。IRFPA通常工作于13 u m、35 u m和812 n m的紅外波段并多數(shù)探測(cè)300K背景中的 目標(biāo)。IRFPA由紅外光敏部分和信號(hào)處理部分組成。紅外光敏部分一一材料的紅外光譜響應(yīng)信號(hào)處理部分一一有利于電荷的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移接收系統(tǒng)對(duì)景物的分解方式?jīng)Q立了光電成像系統(tǒng)的類型：(1) 光機(jī)掃描方式最常用的掃描方式是直線掃描，即瞬時(shí)視場(chǎng)從左到右進(jìn)行行掃描(方位掃描)，掃描完 一行后在從上往下進(jìn)行第二行掃描，這種上下挪動(dòng)掃描稱為列掃描(幀掃描)。特點(diǎn)是：探測(cè)器相對(duì)于總視場(chǎng)只有較小的接收范用，而由光學(xué)部件做機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)景物 空間的分解。

35、常用多元探測(cè)器來(lái)提高信號(hào)幅值或降低掃描速度，進(jìn)而提高光電成像系統(tǒng)的信噪比。根據(jù)掃描方式因元件的排列和掃描方向的不同，分為：串聯(lián)掃描、并聯(lián)掃描、串并聯(lián)混合掃描(2) 電子束掃描方式成像系統(tǒng)元件：采用的是各種電真空類型的攝像管，如紅外成像系統(tǒng)中的熱釋電攝像管。 原理：在這種成像方式中，景物空間的整個(gè)觀察區(qū)域同時(shí)成像在攝像管的靶而上，圖像信號(hào) 通過(guò)電子?xùn)c檢岀。只有電子?xùn)c所觸及的那一小單元區(qū)域才有信號(hào)輸岀。攝像管的偏轉(zhuǎn)線圈控制電子?xùn)c沿靶面掃描，促使能夠一次拾取整個(gè)觀察區(qū)域的圖像信號(hào)。 特點(diǎn)：光敏靶而對(duì)整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的景物輻射同時(shí)接收，而由電子?xùn)c的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)景物圖像 的分解。(3) 固體自掃描方式成像系

36、統(tǒng)元件：采用的是各種而陣固體攝像器件，如而陣CCD、CMOS攝像器件等。原理：而陣攝像器件中的每個(gè)單元對(duì)應(yīng)于景物空間的一個(gè)相應(yīng)小區(qū)域，整個(gè)面陣攝像器件對(duì) 應(yīng)于所觀察的景物空間。特點(diǎn)：面陣攝像器件對(duì)整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的景物輻射同時(shí)接收，而通過(guò)對(duì)陣列中各單元器件的信號(hào) 順序采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)景物圖像的分解。紅外成像光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾方而的基本要求：物像共軌位置、成像放大率、一定的成 像范圍，以及在像平而上有一泄的光能量和反映物體細(xì)節(jié)的能力（即分辨率）。光學(xué)系統(tǒng)：由透鏡、反射鏡、棱鏡及光闌等多種光學(xué)元件按一左次序組合成的整體。理想光學(xué)系統(tǒng)：若拋開(kāi)光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，假立艮在任意大的空間，以任意寬的光束 都能成完

37、善像。它是能產(chǎn)生淸晰且與所成像與物貌完全相似的光學(xué)系統(tǒng)理想模型，可作為衡 量實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。理想光學(xué)系統(tǒng)具有下述性質(zhì)： 光學(xué)系統(tǒng)每一點(diǎn)物對(duì)應(yīng)一點(diǎn)像，光路可逆。一對(duì)物、像可互換的點(diǎn)稱為共軌點(diǎn)。物方某條入射光線與對(duì)應(yīng)的出射光線稱為共馳光線。物方每個(gè)平而對(duì)應(yīng)像方的一個(gè)共軌平而而。這種點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)、直線對(duì)應(yīng)直線、平面對(duì)應(yīng)平面的成像變換稱為共線成像。 主光軸上任一點(diǎn)的共軌點(diǎn)仍在主光軸上。過(guò)光軸的某一截面內(nèi)的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共軌 像點(diǎn)必位于該平而的共軌像而內(nèi)：垂直于主光軸的平面其共軌而與主光軸垂直。 垂直于光軸的平而物所成的共軌平面像，英幾何形狀與物完全相似（垂直于主光軸的 共馳平而其橫向放大率為常量）

38、。 一個(gè)共軸理想光學(xué)系統(tǒng)，若已知兩對(duì)共軌而的位宜和放大率，或者一對(duì)共軌而的位巻 和放大率，以及軸上兩對(duì)共軌點(diǎn)的位苣，則英它一切物點(diǎn)的共軌像點(diǎn)都可以根據(jù)這些已知的 共軌面和共軌點(diǎn)來(lái)表示。通常將這些已知的共覘面和共軌點(diǎn)分別稱為共軸系統(tǒng)的基面”和“基點(diǎn)”。簡(jiǎn)答題，作用，原因光學(xué)系統(tǒng)中的光闌按作用分類：孔徑光闌：限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角。（有效光闌）視場(chǎng)光闌：限制物面或像面上的物體成像范圍。漸暈光闌：去掉成像質(zhì)量差的光束，改善軸外物點(diǎn)和遠(yuǎn)軸光成像質(zhì)量。產(chǎn)生原因：軸上點(diǎn)：發(fā)岀充滿入射光瞳的光朿，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后以充滿出射光 瞳的光束成像。軸外點(diǎn)：某些情況下不能以充滿入射光睡的光束通過(guò)系統(tǒng)成像，只有中間一部

39、分光束可以通 過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像，這種軸外點(diǎn)光束被部分?jǐn)r掉的現(xiàn)象稱為漸暈，物點(diǎn)離光軸越遠(yuǎn)，漸暈越大。 消雜光光闌：可以攔掉視場(chǎng)以外的光線射入物鏡的入射光睡，提高成像質(zhì)量。填空，知道名稱實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)所成的像和近軸區(qū)所成的像的差異即為像差。光學(xué)系統(tǒng)對(duì)單色光成像時(shí)產(chǎn)生單色像差，分為五類：球面像差（球差）、彗形像差（彗差）、 像散差（像散）、像面彎曲（場(chǎng)曲）和畸變。對(duì)多色光成像時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)除對(duì)各單色光成分有單色像差外，還產(chǎn)生兩種色差：軸向色差和 垂軸色差（亦稱倍率色差）。紅外物鏡系統(tǒng)（1）透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)（2）反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)（3）折反射組合式光學(xué)系統(tǒng)紅外成像中信號(hào)處理的基本任務(wù)是：形成與景物溫度相應(yīng)

40、的視頻信號(hào)，如測(cè)溫，根據(jù)景物 各單元對(duì)于的視頻信號(hào)標(biāo)出景物各部分的溫度。信號(hào)中的直流成分需要在信號(hào)處理前通過(guò)隔直流的方法去掉信號(hào)處理變得簡(jiǎn)單、抑制背景和削弱1/F噪聲為了減小圖像缺陷，采用直流恢復(fù)技術(shù)。確泄視頻信號(hào)處理電路通頻帶基本原則：既要最大可能使信號(hào)不失真，又要盡量抑制噪聲。調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）：目標(biāo)經(jīng)系統(tǒng)成像后一般都是能疑減少，對(duì)比降低和信息衰減。通常所謂的分辯率，是將物體結(jié)構(gòu)分解為線或點(diǎn)，這只是分解物體方法的一種。另一種 方法是將物體結(jié)構(gòu)分解為各種頻率的譜，即認(rèn)為物體是由各種不同的空間頻率組合而成的。 這樣紅外成像系統(tǒng)的特性就表現(xiàn)為它對(duì)各種物體結(jié)構(gòu)頻率的反應(yīng)：透過(guò)特性、對(duì)比變化和位

41、 相推移。（定義） 噪聲等效溫差（NETD）：NETD、F aP是表征一個(gè)紅外成像系統(tǒng)性能的三個(gè)主要特征參數(shù)，分別反映了系統(tǒng)的溫度分辨率、信息傳遞速率及空間分辨率:NETDs光電材料與器件第六章重點(diǎn)：發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器都是用半導(dǎo)體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件。 由于發(fā)光是由注入的電子和空穴復(fù)合而產(chǎn)生的，所以稱為注入式電致發(fā)光.20世紀(jì)60年代初，呻化稼發(fā)光二極管和呻化稼半導(dǎo)體激光器彼制造出來(lái)。簡(jiǎn)答題，兩者原理，特點(diǎn)，泄義，區(qū)別LED和半導(dǎo)體激光器（Laser）雖然都是PN結(jié)注入式器件，但二者之間有很多區(qū)別，最主 要區(qū)別是：LED靠自由載流子自發(fā)發(fā)射發(fā)光，發(fā)射的是非相干光：Las

42、er發(fā)光是需要外界的誘發(fā)促使載流子復(fù)合的受激發(fā)射，發(fā)射的是同頻率、同位相、 同偏振、同方向的相干光，其單色性、方向性和亮度都比LED好得多。LED具有效率高、壽命長(zhǎng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，很可能成為下一代照明的主流產(chǎn)品。LED自發(fā)發(fā)射，產(chǎn)生非相干光：Laser-受激發(fā)射，產(chǎn)生相干光.LED與Laser發(fā)光機(jī)理：正偏pn結(jié)電子與空穴復(fù)合，釋放出光子輻射復(fù)合載流子的復(fù)合：復(fù)合：兩種帶電粒子結(jié)合成中性粒子的過(guò)程。半導(dǎo)體中自由運(yùn)動(dòng)的電子和空穴復(fù)合成不能自 由運(yùn)動(dòng)的中性粒子。 輻射復(fù)合：復(fù)合時(shí)放出的能量以光的形式輻射出來(lái)。非輻射復(fù)合：復(fù)合時(shí)放岀的能量以其他形式釋放出來(lái)。光電器件利用的是輻射復(fù)合過(guò)程，非輻射復(fù)合過(guò)程

43、則是不利的。激子復(fù)合：如果半導(dǎo)體吸收能量小于禁帶寬度的光子，電子被從價(jià)帶激發(fā)，但由于庫(kù)倫作用，仍受到價(jià) 帶中留下空穴的朿縛，形成激子，在禁帶中形成一系列激子能級(jí)。被庫(kù)倫能朿縛在一起的電 子空穴對(duì)稱為激子，激子作為一個(gè)整體，可以在晶體內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)。激子是電中性的，激子的運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起電流，但它是一個(gè)能量系統(tǒng),可以把能量以輻射方式 或非輻射方式重新釋放。根據(jù)束縛程度不同，激子分為兩類：1. 弗倫克爾（Frenkel）激子或緊束縛激子：其半徑為晶格常數(shù)量級(jí)。2. 萬(wàn)尼爾（Wannier）激子：電子和空穴朿縛較弱，二者之間距離遠(yuǎn)大于晶格常數(shù)。通常半 導(dǎo)體中存在的是萬(wàn)尼爾激子。等電子雜質(zhì)：周期表內(nèi)與半導(dǎo)體基

44、質(zhì)原子同族的原子，與基質(zhì)原子的價(jià)電子數(shù)相等。等電子陷阱：由等電子雜質(zhì)代替晶格基質(zhì)原子而產(chǎn)生的朿縛態(tài)。產(chǎn)生陷阱”（束縛態(tài)）的原因？ （掌握）等電子雜質(zhì)原子與被替位的基質(zhì)原子之間的電負(fù)性和原子半徑等方而都不同，會(huì)引 起晶格勢(shì)場(chǎng)畸變，因而可以束縛載流子（電子和空穴）形成帶電中心。如同等電子雜質(zhì)原子 的位置形成陷阱，束縛住電子或空穴。等電子雜質(zhì)原子和晶格基質(zhì)原子之間電負(fù)性的大小關(guān)系決左了該等電子陷阱是電子的朿縛帶-淺能級(jí)和主帶之間的復(fù)合 (Er#直接帶隙復(fù)合：h v Er 間接帶隙復(fù)合：hv E&+nO(2) 雜質(zhì)與帶間復(fù)合c. 導(dǎo)帶一受主d. 施主一價(jià)；.e. 施主一受主(3) 深能級(jí)雜質(zhì)復(fù)合38(4) 激子復(fù)合激子電子和空穴束縛形成的可在晶體中移動(dòng)的中性粒子。 激子中電子和空穴復(fù)合激子復(fù)合。(5) 等電子陷阱復(fù)合：同價(jià)原子取代主原子稱為等電子。但原子序數(shù)不同，內(nèi) 層電子結(jié)構(gòu)不同，電負(fù)性不同。原子序數(shù)小的，電子親和力 大