電子科技大學(xué)微固學(xué)院半導(dǎo)體光電器件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院試驗(yàn)指導(dǎo)書〔試驗(yàn)〕課程名稱：半導(dǎo)體光電器件電子科技大學(xué)教務(wù)處制表一、課程性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)具有很強(qiáng)的有用性。課程任務(wù)PN結(jié)的實(shí)際應(yīng)用。本課程在學(xué)生嫻熟把握半導(dǎo)體光電器件相關(guān)物理學(xué)問(wèn)的根底上，把握半導(dǎo)體根本構(gòu)造及工作特性，了解它們的應(yīng)用領(lǐng)域并對(duì)它們進(jìn)展正確選用。課程通過(guò)試驗(yàn)工程的開(kāi)設(shè)，使學(xué)生擁有能夠嫻熟操作儀器進(jìn)展獨(dú)立試驗(yàn)的力量的問(wèn)題進(jìn)展思考，提高學(xué)生解決問(wèn)題的力量。及應(yīng)用半導(dǎo)體光電器件奠定根底。二、試驗(yàn)課程的內(nèi)容LED/LD光源特性測(cè)試；半導(dǎo)體激光器光源發(fā)散角測(cè)試；光敏電阻特性特性測(cè)試；硅光電池特性測(cè)試。LED/LD光源特性測(cè)試試驗(yàn)一、根底學(xué)問(wèn)LD工作原理從激光物理學(xué)中我們知道，半導(dǎo)體激光器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指載流子的反轉(zhuǎn)分帶；而空穴則相反。假設(shè)我們用電注入等方法，使PN結(jié)四周區(qū)域形成大量的非平衡載流子，即在小于復(fù)合壽命的時(shí)間內(nèi)，電子在導(dǎo)帶，空穴在價(jià)帶分別到達(dá)平衡，如圖1所稱之為載流子反轉(zhuǎn)分布。注入?yún)^(qū)稱為載流子分布反轉(zhuǎn)區(qū)或作用區(qū)。結(jié)型半導(dǎo)體激光器通常用與PN結(jié)平面相垂直的一對(duì)相互平行的自然解理面構(gòu)成平復(fù)合，產(chǎn)生相位、方向并不一樣的光子。大局部光子一旦產(chǎn)生便穿出PN結(jié)區(qū)，但也有一局部光子在PN結(jié)區(qū)平面內(nèi)穿行，并行進(jìn)相當(dāng)長(zhǎng)的距離，因而它們能激發(fā)產(chǎn)生出很多形成激光輸出。LED工作原理

1半導(dǎo)體激光器的能帶圖Ⅳ族化合物，如砷化鎵〕磷化鎵〕GaAsP〔磷砷化鎵〕等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，N區(qū)注入PP區(qū)注入N〔少子〕一局部與多數(shù)載流子〔多子〕復(fù)合而發(fā)光，如圖2所示。由于復(fù)合是在少子集中區(qū)PNμm以內(nèi)產(chǎn)生。2LED發(fā)光原理假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先〕捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。我們把發(fā)光的復(fù)合量與總復(fù)合量的比值稱為內(nèi)量子效率N rN

〔1〕qi G式中，Nr為產(chǎn)生的光子數(shù)，G為注入的電子-空穴對(duì)數(shù)。但是，產(chǎn)生的光子又有一局部LED材料本射吸取，而不能全部射出器件之外。作為一種發(fā)光器件，我們更感興趣的是它能發(fā)出多少光子，表征這一性能的參數(shù)就是外量子效率式中，NT為器件射出的光子數(shù)。

NT 〔2〕qe G3所示。由圖可見(jiàn)，該發(fā)光管所發(fā)之光中λ與發(fā)光Egλ≈1240/Eg〔nm〕Eg的單位為電子伏特〔eV〕。假設(shè)能產(chǎn)生可見(jiàn)光〔380nm紫光～780nm紅光〕，半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。LED/LDV-I特性

3LED光譜圖LD和LED都是半導(dǎo)體光電器件，其核心局部都是PN結(jié)。因此其具有與一般二極V-I4LED/LDP-I特性

圖4 LED/LD的V-I特性曲線在構(gòu)造上，由于LED與LD相比沒(méi)有光學(xué)諧振腔。因此，LD和LED的輸出光功率與電流的P-I關(guān)系特性曲線有很大的差異，如圖5所示。LED的P-I曲線根本上是一條近似的線性直線，只有當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，由于PN結(jié)發(fā)熱產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P-I曲線的斜率減小。LEDLEDLD5LED/LD的P-I特性曲線0，此時(shí)半導(dǎo)體激光器0，但尚未抑制Ith。5可以看出，注入電流較低時(shí)，輸出功率隨注入電流緩慢上升。當(dāng)注入電流達(dá)到并超出閾值電流后，輸出功率陡峭上升。我們把陡峭部格外延，將延長(zhǎng)線和電流軸的DIthP-ILDη。其D具有如下關(guān)系：

〔3〕P(I I )V〔3〕f th D因此在曲線中，曲線的斜率表征的就是外微重量子效率。LD的溫度特性度的增加，LD的閾值漸漸增大，光功率漸漸減小，外微重量子效率漸漸減小。閾值與溫度的近似關(guān)系可以表示為：I (Tth th r

r

)/T0

] 〔4〕式中，Tr室溫，Ith〔Tr〕為室溫下的閾值電流，T0為特征溫度不同溫度下，LD的P-I曲線如圖6所示，依據(jù)此圖可以求出LD的特征溫度。圖6 LD的溫度特征曲線二、試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備及元器件LD/LED光源特性試驗(yàn)儀；LD3115型半導(dǎo)體激光二極管〔帶尾纖輸出，F(xiàn)C型接口；LED3215型發(fā)光二極管〔帶尾纖輸出，F(xiàn)C型接口；手持光功率計(jì)。主要元器件簡(jiǎn)介L(zhǎng)D3115型激光器LD3115F-PLD，內(nèi)置背景光PD，這種激光器使用時(shí)具有以下圖所示四種型式：7LD激光器的四種形式圖中，LD為激光器，PD為背景光探測(cè)器。PD-NsidedwonPD的負(fù)〔N〕LD的負(fù)〔N〕或正〔P〕相連，PD-PsidedwonPD的正負(fù)P〕LD的負(fù)〔〕或正〔P〕LD的負(fù)〔〕DVDLD的正〔P〕POINTLD3115型激光PD-NsidedwonPOINTFC連接。性能指標(biāo)如下表所示。參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位額定功率PoutIop=Ith+200.2－1mW中心波長(zhǎng)λCW129013101330nm光譜寬度ΔλCW－25nm閾值電流IthCW－58mA工作電流IopCW－Ith+10－mA探測(cè)器電流ImCW100－－μA探測(cè)器暗電流IdCW－－0.1nA32441表中324418LD引腳說(shuō)明：1．激光器正和管殼；2．激光器負(fù)；3．探測(cè)器負(fù)；4．探測(cè)器正。LED3215LED發(fā)光二極管LED3215LED發(fā)光二極管的性能指標(biāo)如下表所示：參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位額定功率PoutIF=60mA10－－μW中心波長(zhǎng)λCW128013101350nm光譜寬度ΔλCW－－170nm工作電壓VopCW－1.21.7V上升下降時(shí)間Tr/TfCW－－3ns3244324419LED正；2．LED負(fù)；3．探測(cè)器負(fù)；4．探測(cè)器正。三、試驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟試驗(yàn)裝置如下：LD/LEDLD/LED電箱xiangLED3215發(fā)光二極管手持光功率計(jì)溫控儀LD3115激光器2芯插座“+“孔上，開(kāi)啟電流源，緩慢調(diào)整LDP-I曲線。切記電流最30mALD用手直接接觸激光器引腳以及與引腳連接的任何測(cè)試點(diǎn)和線路，以免損壞激光器。1LD的P-I試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)I(mA)I(mA)P(μW)值電流。10℃〔可依據(jù)狀況提高不同溫度LD1LDP-I曲線。比較在不同溫度下，LD的特性曲線變化。LD長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中工作會(huì)縮短使用壽命。LEDLED的P-I曲線。表2 LED的P-I試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)I(mA)I(mA)P(μW)10℃，上升LED的工作溫度，重復(fù)試驗(yàn)4LEDP-I曲線。比較在不同溫度下，LED的特性曲線變化。LDLD的劣化。四、試驗(yàn)報(bào)告要求測(cè)量LD的輸出光功率和注入電流的關(guān)系，繪制P-I關(guān)系曲線，并從曲線上求出激光器的閾值電流值。測(cè)量LED的輸出光功率和注入電流的關(guān)系，繪制P-I關(guān)系曲線，并與LD的特性曲線相比較。測(cè)試不同溫度下LEDP-I特性曲線，比較不同溫度下，LED的特性曲線變化。五、思考題由LD和LED的P-I特性曲線，說(shuō)出自發(fā)輻射和受激輻射各自的特點(diǎn)及聯(lián)系。溫度如何影響LDLED的工作特性？半導(dǎo)體激光器光源發(fā)散角測(cè)試試驗(yàn)一、根底學(xué)問(wèn)激光器概述光電子器件和技術(shù)是當(dāng)今和將來(lái)高技術(shù)的根底，引起世界各國(guó)的極大關(guān)注。其中半的進(jìn)展。激光器一般包括三個(gè)局部：〔1〕激光工作介質(zhì)外到遠(yuǎn)紅外，格外廣泛。鼓勵(lì)源能級(jí)的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的方法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原“泵浦”以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。諧振腔的獲得放大，產(chǎn)生猛烈的激光，從局部反射鏡子一端輸出。根底原理〔1〕半導(dǎo)體激光器的根本構(gòu)造半導(dǎo)體激光器大多數(shù)用的是GaAs或Ga1-xAlxAs材料，p-n結(jié)激光器的根本構(gòu)造如圖1PN結(jié)通常在n型襯底上生長(zhǎng)pp區(qū)和n電流能夠通過(guò),面起鏡面作用，為形成激光模供給必需的光反響。圖1中的器件是分立的激光器構(gòu)造，更適合單片集成光路。+Vp+Vpn1半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造〔2〕半導(dǎo)體激光器的閾值條件光大都來(lái)自自發(fā)輻射，光譜線寬在數(shù)百埃數(shù)量級(jí)。隨著鼓勵(lì)電流的增大，結(jié)區(qū)大量粒子上斜率的急速突變，如圖2所示；這是由于激光作用過(guò)程的本身具有較高量子效率的原因。從定量分析，激光的閾值對(duì)應(yīng)于：由受激放射所增加的激光模光子數(shù)(每秒)正好等于由散射、吸取激光器的放射所損耗的光子數(shù)〔每秒。據(jù)此，可將閾值電流作為各種材料和構(gòu)造參數(shù)的函數(shù)導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式：1 1J [a 1n( )] (1)th 2 2 RQ 0pp光功率I0圖2. 鼓勵(lì)電流這里，

Q是內(nèi)量子效率，

O是放射光的真空波長(zhǎng)，n

是自發(fā)輻射線eD是光放射層的厚度，LR為功率反射系數(shù)?！?〕橫模在。每個(gè)模都由自己的傳播常數(shù)m和橫向電場(chǎng)分布，這些模就構(gòu)成了半導(dǎo)體激光器中面方向分別成為側(cè)橫場(chǎng)和正橫場(chǎng)。輻射場(chǎng)的角分布和共振腔的幾何尺寸親熱相關(guān)，共振腔橫向尺寸越小，輻射場(chǎng)放射/d表示共振腔寬度。共振腔厚度通常只有1m左右，和波長(zhǎng)同量級(jí)，所以正橫場(chǎng)放射角較大，一般為30°～40°。輻射場(chǎng)的發(fā)散角還和共振腔長(zhǎng)度成反比，而半導(dǎo)體激光器共振腔一般只有幾百微米，所以其遠(yuǎn)場(chǎng)放射角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體激光器和晶體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)放射角。圖3半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角二、試驗(yàn)設(shè)備及元器件0～40mA連續(xù)可調(diào)〔2〕旋轉(zhuǎn)臺(tái)：0～360°最小刻度值1°光功率指示儀：2μW～200mW，6擋三、試驗(yàn)內(nèi)容和步驟試驗(yàn)中所使用的半導(dǎo)體激光器是可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器，最大功率為3mw，中心波長(zhǎng)為650nm左右。測(cè)定半導(dǎo)體激光發(fā)散角的試驗(yàn)裝置如圖6所示。半導(dǎo)體激光器置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心，去掉準(zhǔn)直透鏡，使半導(dǎo)體激光器的光發(fā)散，并平行于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面。光功率指示儀探頭與半導(dǎo)體激光器LD的距離為做出在不同的注入半導(dǎo)體激光器電流時(shí)，其輸出值隨角度變化的曲線。將半導(dǎo)體激光器旋轉(zhuǎn)90°再測(cè)量側(cè)橫場(chǎng)發(fā)散角。圖6發(fā)散角測(cè)量表1平行于PN結(jié)方向的發(fā)散角角度〔度〕角度〔度〕輸出值〔μW〕表2垂直于PN結(jié)方向的發(fā)散角角度〔度〕角度〔度〕〔μW〕四、試驗(yàn)報(bào)告要求PN結(jié)方向和垂直于PN結(jié)方向的光源發(fā)散角。五、思考題LD所放射光束的特點(diǎn)，并依據(jù)課堂所學(xué)學(xué)問(wèn)比較LD和LED在光束發(fā)散角上的差異。23光敏電阻特性測(cè)試試驗(yàn)一、根底學(xué)問(wèn)光敏電阻概述器一般用于光的測(cè)量、光的掌握和光電轉(zhuǎn)換〔將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。體片〔光敏層〕內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增加。器件，使用時(shí)可加直流也可以加溝通。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常承受涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法，在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的價(jià)帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸取一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消逝后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將漸漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就漸漸恢復(fù)原值。根本原理波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值(亮電阻)急劇削減，因此電路中電流快速增加。1M100MΩ1kΩ敏電阻的靈敏度是相當(dāng)高的。光照特性、伏安特性、光譜特性是光敏電阻的根本特性。光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。伏安特性伏安特性。光譜特性為光譜響應(yīng)。二、試驗(yàn)設(shè)備及元器件本試驗(yàn)承受SGY-8型光電探測(cè)原理綜合試驗(yàn)儀，其整體構(gòu)造如以下圖所示：SGY-8光電探測(cè)原理綜合試驗(yàn)儀整體構(gòu)造圖其中，試驗(yàn)面板的構(gòu)造如以下圖：試驗(yàn)面板構(gòu)造圖試驗(yàn)面板劃分為幾個(gè)功能區(qū)域，主要有電壓表，電流表，0~20V調(diào)壓直流電源，0~200V調(diào)壓直流電源，恒流源，電阻區(qū)域。電壓表承受三位半數(shù)字表頭，測(cè)量范圍+色插頭-接低電位。

電流表承受三位半數(shù)字表頭，測(cè)量范圍分為20A2m20m200mA四檔。其中紅色插頭+接高電位，黑色插頭-接低電位。 0~20V調(diào)壓直流電源0~20V連續(xù)可調(diào)，其中紅色+為電壓輸出正極，黑色-為電壓輸出負(fù)極。主要為各待測(cè)光電探測(cè)器件供給工作電壓。

0~200V調(diào)壓直流電源直流電源，輸出電壓0~20V連續(xù)可調(diào)。主要為APD供給工作電壓。 恒流源供給恒定電流的電源，可調(diào)0~30mA。LED光源供給恒流電源。

電阻區(qū)域供給各種電阻，試驗(yàn)中做負(fù)載1k2.4k、阻，和0~10k、0~100k可調(diào)電〔單位為歐姆〕主要附件包含：各色發(fā)光二極管〔LED〕光源：包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白光LED。圖示為一藍(lán)光LED，標(biāo)簽所貼為L(zhǎng)EDLEDLED電源接口統(tǒng)一，為音頻插頭。各種光電探測(cè)器包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、APD光電二極管、PIN光電二極管、色敏光電二極管等。本試驗(yàn)中我們將用到光敏電阻。圖示為一PIN光電二極管，標(biāo)簽所貼為光電探測(cè)器件名稱，中間為光電探測(cè)器件BNC接頭。LED連接線連接各種顏色LED和恒流源，其中音頻插頭連接LED接口，紅黑插頭連接恒流源的紅黑插頭。光電探測(cè)器連接線BNC接頭連接光電探測(cè)器，另一端依據(jù)試驗(yàn)需要連接直流電源、電壓表、電流變、電阻等。照度計(jì)200lx，2023lx，20230lx，50000lx可自由切換。LED和探頭旋緊。調(diào)整恒流源的旋鈕，通過(guò)液晶屏觀看測(cè)量得到的照度值。紅黑連接線儀器面板上都承受插孔模式，需要承受以下圖所示的連接線連接各器件?！踩珉妷罕頊y(cè)量電壓色插頭的那種疊加連接方式。電源線連接儀器和接線板，為儀器供給220V電源。三、試驗(yàn)內(nèi)容和步驟亮電阻和暗電阻測(cè)量1是光敏電阻試驗(yàn)原理圖1光敏電阻試驗(yàn)原理首先進(jìn)展照度確實(shí)定，試驗(yàn)使用LED白光源和照度計(jì)。逆時(shí)針?lè)较驖u漸調(diào)到底。用LED連接線將白光LED與恒流源相連，留意紅黑插頭與恒流源的插孔顏色對(duì)應(yīng)。將照度計(jì)和LED白光源對(duì)準(zhǔn)，它們上方都有螺紋，將它們旋好。翻開(kāi)照度計(jì)。翻開(kāi)1000LX左〔可依據(jù)實(shí)際狀況選擇。如以下圖所示：2照度計(jì)測(cè)量連接圖此時(shí)，照度已經(jīng)確定好，關(guān)閉電源。1所示連接各器件。用光電探測(cè)連接線，BNC頭連接光敏電阻。另一端紅頭連接0~20V直流電源+端，另一黑頭連接電流表+端。其他局部依據(jù)原理圖連接?？梢罁?jù)實(shí)際狀況選擇串聯(lián)一電阻，或者不串聯(lián)。0～20V電源幅度調(diào)整〔10V，可依據(jù)實(shí)際狀況轉(zhuǎn)變，觀看電壓表的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取電流表的值〔暗電流〕I暗

和電壓表的值U暗

。關(guān)閉電源。〔同上圖的照度計(jì)和光源連接的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取電流表的值〔亮電流〕I亮依據(jù)以下公式，計(jì)算暗阻和亮阻

和電壓表的值U 。亮R =U /I暗 暗 暗

，R =U /I亮 亮 亮光敏電阻在不同的照度下有不同的亮阻；在不同的測(cè)量電壓亮阻和暗阻。可依據(jù)試驗(yàn)需要，測(cè)量其他照度或電壓下的亮阻和暗阻。光照特性測(cè)量光敏電阻的測(cè)量電壓〔U〕固定時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度變化而變化，它們之間的關(guān)系是非線性的。調(diào)整恒流電源得到不同的光照度(測(cè)量方法同以上試驗(yàn))1，并作曲線圖。測(cè)量電壓：1〔LX〕電流〔μA〕伏安特性測(cè)量2，給定光照度，調(diào)整0～20V電壓〔由電壓表監(jiān)測(cè)2，并作不同照度下的三條伏安特性曲線。2〔V〕電流〔μA〕光照度〔Lx〕100020233000光譜特性測(cè)試光電流隨入射光波長(zhǎng)的變化。四、試驗(yàn)報(bào)告要求求出光敏電阻的暗電阻和亮電阻并進(jìn)展分析；繪制光敏電阻的光照特性曲線并進(jìn)展分析；繪制光敏電阻的伏安特性曲線并進(jìn)展分析；五、思考題為什么光敏電阻的暗電阻一般都較大？為什么光敏電阻不能用于定量的光檢測(cè)？硅光電池特性測(cè)試試驗(yàn)一、根底學(xué)問(wèn)光電池簡(jiǎn)介太陽(yáng)能是一種能源，對(duì)太陽(yáng)能的充分利用可以解決人類日趨增長(zhǎng)的能源需求問(wèn)電池的特性爭(zhēng)論是21世紀(jì)的熱門課題，很多興旺國(guó)家正投入大量人力物力對(duì)太陽(yáng)能接的穎性和有用價(jià)值，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。根本原理﹑光通信﹑性可以進(jìn)一步領(lǐng)悟半導(dǎo)體PN結(jié)原理﹑光電效應(yīng)理論和光伏電池的機(jī)理。PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦訮NP區(qū)有大量空穴〔濃度大〕，而N區(qū)的空穴極少〔濃度小〕，因此空穴要從濃度大的P區(qū)N區(qū)的自由電子也要向P區(qū)集中，并與P區(qū)的空穴復(fù)合，在交界面四周一側(cè)的N區(qū)留下一些帶正電的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面兩側(cè)形成一層很薄的空間電荷區(qū)，也稱為耗盡層，這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)?？臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)一個(gè)方面對(duì)多數(shù)載流子的集中運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，〔P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴上穩(wěn)定下來(lái)，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。假設(shè)在PN結(jié)上加正向電壓，即外電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，也稱為正向偏置。PN〔正向電流外電場(chǎng)愈強(qiáng)，正向電流〔由P區(qū)流向N區(qū)的電流〕愈大。正向偏置時(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低，一般為幾歐到幾百歐。假設(shè)在PN結(jié)上加反向電壓，即外電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，也稱為反向偏置。此時(shí)外加電壓在PN衡。外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移動(dòng)，使得空間電荷增加，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增加，使多數(shù)載流子的集中運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)展。但另一方面，內(nèi)電場(chǎng)的增加PNPN幾千歐到十幾兆歐。由于少數(shù)載流子是由于價(jià)電子獲得熱能〔熱激發(fā)〕擺脫共價(jià)鍵的束由以上分析可知，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｔ赑N結(jié)上加正向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很低，正PN結(jié)處于截至狀態(tài)。P空間電荷區(qū)N

E------------- --+++++++++ ++上圖是半導(dǎo)體PN結(jié)在零偏﹑負(fù)偏﹑PNPNPNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?電流方向是從P指向N。硅光電池的工作原理光電轉(zhuǎn)換器件主要是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)，即當(dāng)物質(zhì)在肯定頻率的照耀下，釋放出PN結(jié)及其四周被光照耀時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生載流子〔即電子-空穴對(duì)〕。結(jié)區(qū)內(nèi)的電子-空穴對(duì)在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的作用NP的很大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)這種變化能保持較好的線性關(guān)系。硅光電池的伏安特性PN結(jié)處相當(dāng)于一般的二極管。其伏安特性是 eV II

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1 〔1〕s s式〔1〕中IIe為電子電荷，k為玻耳茲曼常量，TV