光電檢測輻射度與光度量(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 C、禁帶是允許帶 D、導帶是允許帶 關于半導體 ， 錯誤的是 （ ） A、電阻溫度系數一般是正的 B、導電性能不受微量雜質的影響 C、對溫度的變化非常敏感 D、導電性受熱、光、電、磁等外界作用的影響 關于物體導電能力 ， 正確的是 （ ） A、物體導帶上的電子越多，其導電能力越強。 B、物體導帶上的電子越少，其導電能力越強。 C、物體價帶上的電子越多，其導電能力越強。 D、物體價帶上的電子越少，其導電能力越強。 單晶 —— 在一塊材料中，原子全部作有規則的周期排列。 多晶 —— 只在很小范圍內原子作有規則的排列，形成小晶粒，而晶粒之間有無規則排列的晶粒界隔開。 現代固體電子與光電子器件大多由 半導體材料 制備，半導體材料大多為 晶體 （晶體中原子有序排列，非晶體中原子無序排列）。晶體分為單晶與多晶： ? 完全純凈和結構完整的半導體稱為 本征半導體 。 ★ 在沒有外界作用和絕對零度時，本征半導體的導帶中沒有電子，價帶中沒有空穴，它是不導電的。 ★ 由于半導體的禁帶寬度較小，所以在外界作用下，價電子可以激發躍遷到導帶中，這樣本征半導體的導帶中有電子，價帶中有空穴，本征半導體就有了導電能力。 ?E?EgE ?晶體總是含有缺陷和雜質的，而雜質原子上的能級和晶體其它原子不同，所以它的位置完全可能不在晶體能帶的范圍之內。 N型半導體 P型半導體 N型半導體 在晶格中摻入某個硅原子被磷原子所替代，五價原子用四個價電子與周圍的四價原子形成共價鍵，而多余一個電子，此多余電子受原子束縛力要比共價鍵上電子所受束縛力小得多，容易被五價原子釋放，游離躍遷到導帶上形成自由電子。易釋放電子的原子稱為 施主 ，施主束縛電子的能量狀態稱為 施主能級 ED。 ED位于禁帶中，較靠近材料的導帶底 EC 。 ED與 EC間的能量差稱為 施主電離能。N型半導體由施主控制材料導電性。 ?E?EgEDEP型半導體 晶體中某個硅原子被硼原子所替代，硼原子的三個價電子和周圍的硅原子中四個價電子要組成共價鍵，形成八個電子的穩定結構，尚缺一個電子。于是很容易從硅晶體中獲取一個電子形成穩定結構，使硼原子外層多了一個電子變成負離子，而在硅晶體中出現空穴。容易獲取電子的原子稱為 受主 。受主獲取電子的能量狀態稱為 受主能級 EA ，也位于禁帶中。在價帶頂 EV附近， EA與 EV間能量差稱為 受主電離能 。 P型半導體由受主控制材料導電性。 ?E?EgEAEN型半導體與 P型半導體的比較 半導體 所摻雜質 多數載流子 （多子） 少數載流子 （少子） 特性 N型 施主雜質 電子 空穴 nn≥pn P型 受主雜質 空穴 電子 np≤pp 摻雜對半導體導電性能的影響： 半導體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產生附加的能級，價帶中的電子若先躍遷到這些能級上然后再躍遷到導帶中去，要比電子直接從價帶躍遷到導帶容易得多。因此雖然只有少量雜質，卻會明顯地改變導帶中的電子和價帶中的空穴數目，從而顯著地影響半導體的電導率。 ?E?EgE)(a?E?E)(bgEDE?E?E)(cgEAE(a)本征半導體 (b)N型半導體 (c)P型半導體 在一定溫度下，若沒有其他的外界作用，半導體中的自由電子和空穴是由熱激發產生的。電子從不斷熱振動的晶體中獲得一定的能量，從價帶躍遷到導帶，形成自由電子，同時在價帶中出現自由空穴。在熱激發同時，電子也從高能量的量子態躍遷到低能量的量子狀態，向晶格放出能量，這就是載流子的復合。在一定溫度下，激發和復合兩種過程形成平衡，稱為 熱平衡狀態 ，此時的載流子成為熱平衡載流子 ，它的濃度即為某一穩定值。 ★ 根據量子理論和泡利不相容原理，能態分布服從費米統計分布規律。 ★ 在某溫度下熱平衡態，能量為 E的能態被電子占據的概率由 費米 狄拉克函數 給出，即 ? ? ? ? kTEEFeEf /1 1??? 熱平衡時半導體中自由載流子濃度與兩個參數有關：一是在能帶中 能態（或能級）的分布 ，二是這些能態中 每一個能態可能被電子占據的概率 。 f(E)：費米分布函數，能量 E的概率函數 k： 波耳茲曼常數， 1023J/K T： 絕對溫度 EF：費米能級 (絕對零度時的電子的最高能級) 費米 狄拉克函數曲線 當 E=EF時， f(E)=1/2 當 EEF時， f(E)1/2 當 EEF時， f(E)1/2 ? ? ? ? kTEEFeEf /1 1???? ? ? ? kTEEFeEf /1 1???★ 若 (E－ EF) kT時 ? ? ? ? ? ? kTEkTEkTEEkTEE eeeeEf FFF////11 ???? ????? 隨著 E的增加， f(E)迅速減小，所以導帶中的大部分電子的能量是在導帶底 EC附近。同樣價帶中空穴的絕大部分都在價帶頂 EV附近。 EF為表征電子占據某能級 E的概率的“標尺”，它定性表示導帶中電子或價帶中空穴的多少。常溫下 EF隨材料摻雜程度而變化。對于本征半導體 EF≈ (EC + EV )/2 一般，費米能級在禁帶中 ， (E－ EF) 比 kT 大得多。所以半導體的導帶電子濃度 n和價帶空穴濃度 p分別為： ? ?? ? kTEEkTEEVFFCeNpeNn//????????N－ 為導帶的有效能級密度 N＋ 為價帶的有效能級密度 ? ? ? ?? ? kTEkTEEkTEEkTEEgVCVFFCeNNeNNeNeNpn////????????????????????pnnnpn ii ????? 2ni稱為半導體的本征載流子濃度 對本征半導體而言 n=p 對于一種確定的半導體，不管它是本征半導體還是雜質半導體，也不管摻雜的程度如何，在熱平衡狀態下，兩種載流子的濃度乘積必定等于一個常數 —— 本征載流子濃度的平方。 2ikTE neNNpn g ???? ??? /a) 重摻雜 P型 b) 輕摻雜 P型 c) 本征型 d) 輕摻雜 N型 e) 重摻雜 N型 半導體的費米能級圖如下圖所示，以下表述中正確的是（ ） A、（ 1）是本征半導體（ 2）是 N型半導體（ 3）是 P型半導體 B、（ 1）是本征半導體（ 2）是 P型半導體（ 3）是 N型半導體 C、（ 1）是 N型半導體 （ 2）是 P型半導體（ 3）是本征半導體 D、（ 1）是 P型半導體 （ 2）是 N型半導體（ 3）是本征半導體 半導體在外界條件有變化（如受光照、外電場作用、溫度變化）時，載流子濃度要隨之發生變化，此時系統的狀態稱為 非熱平衡態 。載流子濃度對于熱平衡狀態時濃度的 增量 稱為 非平衡載流子 。 pppnnn??????00為非平衡載流子濃度和度為熱平衡時的載流