內(nèi)光電效應
(1) 光電導效應
在光線作用,電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài),而引起材料電導率的變化,這種現(xiàn)象被稱為光電導效應。基于這種效應的光電器件有光敏電阻。
過程:當光照射到半導體材料上時,價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊,并使其由價帶越過禁帶躍入導帶,如圖,使材料中導帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加,從而使電導率變大。
為了實現(xiàn)能級的躍遷,入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度Eg,即
式中ν、λ分別為入射光的頻率和波長。
材料的光導性能決定于禁帶寬度,對于一種光電導材料,總存在一個照射光波長限λ0,只有波長小于λ0的光照射在光電導體上,才能產(chǎn)生電子能級間的躍進,從而使光電導體的電導率增加。
(2) 光生伏特效應
在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應。
基于該效應的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。
①勢壘效應(結光電效應)。
接觸的半導體和PN結中,當光線照射其接觸區(qū)域時,便引起光電動勢,這就是結光電效應。以PN結為例,光線照射PN結時,設光子能量大于禁帶寬度Eg,使價帶中的電子躍遷到導帶,而產(chǎn)生電子空穴對,在阻擋層內(nèi)電場的作用下,被光激發(fā)的電子移向N區(qū)外側,被光激發(fā)的空穴移向P區(qū)外側,從而使P區(qū)帶正電,N區(qū)帶負電,形成光電動勢。
②側向光電效應。
當半導體光電器件受光照不均勻時,有載流子濃度梯度將會產(chǎn)生側向光電效應。當光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對時,光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大,就出現(xiàn)了載流子濃度梯度,因而載流子就要擴散。如果電子遷移率比空穴大,那么空穴的擴散不明顯,則電子向未被光照部分擴散,就造成光照射的部分帶正電,未被光照射部分帶負電,光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動勢?;谠撔墓怆娖骷绨雽w光電位置敏感器件(PSD)。
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