上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
1
回目录 光生伏特效应指的是由光照引起电动势的现象。严格来讲，包括两种类型：一类是发生在均匀半导体材料内部；一类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方，
但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为丹倍效应，而把光生伏特效应的涵义只局限于后一类情况。
半导体界面包括有：由于掺杂质不同而形成的 p型区和 n
型区的界面，即 pn结；金属和半导体接触的界面；不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属 — 绝缘体 — 半导体组成系统的界面。在这些界面处都存在着一个空间电荷区，其中有很强的电场，称为自建电场。光照产生的电子空穴对，在自建电场作用下的运动，就是形成光生伏特效应的原因。下面以 pn结为例进一步具体说明。
上一节回末页上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
2
回目录 在 pn结交界处 n区一侧带正电荷,p区一侧带负电荷,空间电荷区中自建电场方向自 n区指向 p区 。 由于光照可以在空间电荷区内部产生电子空穴对,它们分别被自建电场扫向 n区与 p区,
形成光致电流 。 在空间电荷区附近一定范围内产生电子空穴对,
只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区,同样可以形成光致电流 。 光照产生的电流和空穴扩散运动所能起的距离为扩散长度 。 光致电流使 n区和 p区分别积累了负电荷和正电荷,在 pn结上形成电势差,引起方向与光致电流相反的 n结正向电流 。 当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候,便达到稳定情况,这时的电势差称为开路电压 。 如果 pn结两端用外电路连接起来,则有一股电流通过,在外电路负载电阻很低的情况,
这股电流就等于光致电流,称为短路电流 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
3
回目录 在稳定条件下,pn结上的光电压与流经负载的光电流 I的关系为当 I = 0时，可以确定开路光电压 Voc为式中为 Isc短路电流 。
一般来说,光生电压随光强的增加而增大,且应满足 （ 禁带宽度 ） 。 但是,也有电压较高的光生伏特现象,
这种光生电压比 Eg /q高出好几倍,有时竟达到 100V左右,
这种现象称为反常光生伏特效应 。 这种效应大多发生在多晶体中 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
4
回目录光生伏特效应的应用之一是把太阳能直接转换成电能，称为太阳电池。目前，用硅单晶材料制造的太阳电池，已经广泛地应用于很多技术部门，特别是航天技术。但是单晶硅体太阳电池造价比较高。 1975年实现了非晶硅的掺杂效应以后，
很多人认为利用大面积非晶硅薄膜制备太阳电池是很有希望的，
此外，利用光生伏特效应制成的光电探测器件也得到广泛的应用。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
5
回目录 热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷。此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。在 32种晶体的宏观对称类型中，只有 10种具有唯一的极化轴；晶体中离子沿极化轴正反两个方向的配置不完全相同而产生电矩，导致晶体沿极化轴方向出现一个宏观不等于零的固有极化强度 通常在晶体表面上总电矩的正负端容易吸附异性电荷直到完全抵消总电矩所产生的宏观电场，所以这种固有极化并不表露出来。但是极化强度与温度有关，当温度变化时，由于极化强度的改变而释放出表面吸附的部分电荷。具有热释电效应的晶体称为热电体。当温度变化 Δ T时，极化强度的变化的 Δ 分量,
上一节上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
6
回目录
（ i = x,y,z）
式中 pi称为热释电系数 。 经过人工极化的铁电体都具有热释电性质 。
热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关 。 在被钳制不能发生形变的晶体中出现的热释电效应为一级效应,
或称主效应 。 在自由晶体中,除一级效应外还有因热膨胀所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量,这是次级热释电效应 。 晶体的温度,应力或应变不均匀时所引起的附加作用属于三级热释电效应,亦称假热释电效应 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
7
回目录 典型的热释电体的热释电系数 p值为 10-5 数量级 。
在恒定温度下要产生相当于 Δ T=10C所引起的 Δ P值,
需施加 70 kV/m 的外电场 。 铁电体的热释电效应比非铁电体例如电气石,CdS 等大很多,并且 p 值与温度有关；靠近居里点时铁电体的热释电系数变得特别大 。
热电体有重要和广泛的应用,如红外探测器,
热电激光量热计,夜视仪以及各种光谱反接收器等 。
它的优点是不用低温冷却,但目前灵敏度比相应半导体稍低 。
1.2
§ 1.1.4 光生伏特效应
1
回目录 光生伏特效应指的是由光照引起电动势的现象。严格来讲，包括两种类型：一类是发生在均匀半导体材料内部；一类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方，
但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为丹倍效应，而把光生伏特效应的涵义只局限于后一类情况。
半导体界面包括有：由于掺杂质不同而形成的 p型区和 n
型区的界面，即 pn结；金属和半导体接触的界面；不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属 — 绝缘体 — 半导体组成系统的界面。在这些界面处都存在着一个空间电荷区，其中有很强的电场，称为自建电场。光照产生的电子空穴对，在自建电场作用下的运动，就是形成光生伏特效应的原因。下面以 pn结为例进一步具体说明。
上一节回末页上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
2
回目录 在 pn结交界处 n区一侧带正电荷,p区一侧带负电荷,空间电荷区中自建电场方向自 n区指向 p区 。 由于光照可以在空间电荷区内部产生电子空穴对,它们分别被自建电场扫向 n区与 p区,
形成光致电流 。 在空间电荷区附近一定范围内产生电子空穴对,
只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区,同样可以形成光致电流 。 光照产生的电流和空穴扩散运动所能起的距离为扩散长度 。 光致电流使 n区和 p区分别积累了负电荷和正电荷,在 pn结上形成电势差,引起方向与光致电流相反的 n结正向电流 。 当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候,便达到稳定情况,这时的电势差称为开路电压 。 如果 pn结两端用外电路连接起来,则有一股电流通过,在外电路负载电阻很低的情况,
这股电流就等于光致电流,称为短路电流 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
3
回目录 在稳定条件下,pn结上的光电压与流经负载的光电流 I的关系为当 I = 0时，可以确定开路光电压 Voc为式中为 Isc短路电流 。
一般来说,光生电压随光强的增加而增大,且应满足 （ 禁带宽度 ） 。 但是,也有电压较高的光生伏特现象,
这种光生电压比 Eg /q高出好几倍,有时竟达到 100V左右,
这种现象称为反常光生伏特效应 。 这种效应大多发生在多晶体中 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.4 光生伏特效应
4
回目录光生伏特效应的应用之一是把太阳能直接转换成电能，称为太阳电池。目前，用硅单晶材料制造的太阳电池，已经广泛地应用于很多技术部门，特别是航天技术。但是单晶硅体太阳电池造价比较高。 1975年实现了非晶硅的掺杂效应以后，
很多人认为利用大面积非晶硅薄膜制备太阳电池是很有希望的，
此外，利用光生伏特效应制成的光电探测器件也得到广泛的应用。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
5
回目录 热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷。此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。在 32种晶体的宏观对称类型中，只有 10种具有唯一的极化轴；晶体中离子沿极化轴正反两个方向的配置不完全相同而产生电矩，导致晶体沿极化轴方向出现一个宏观不等于零的固有极化强度 通常在晶体表面上总电矩的正负端容易吸附异性电荷直到完全抵消总电矩所产生的宏观电场，所以这种固有极化并不表露出来。但是极化强度与温度有关，当温度变化时，由于极化强度的改变而释放出表面吸附的部分电荷。具有热释电效应的晶体称为热电体。当温度变化 Δ T时，极化强度的变化的 Δ 分量,
上一节上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
6
回目录
（ i = x,y,z）
式中 pi称为热释电系数 。 经过人工极化的铁电体都具有热释电性质 。
热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关 。 在被钳制不能发生形变的晶体中出现的热释电效应为一级效应,
或称主效应 。 在自由晶体中,除一级效应外还有因热膨胀所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量,这是次级热释电效应 。 晶体的温度,应力或应变不均匀时所引起的附加作用属于三级热释电效应,亦称假热释电效应 。
上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
§ 1.1.5 热释电效应
7
回目录 典型的热释电体的热释电系数 p值为 10-5 数量级 。
在恒定温度下要产生相当于 Δ T=10C所引起的 Δ P值,
需施加 70 kV/m 的外电场 。 铁电体的热释电效应比非铁电体例如电气石,CdS 等大很多,并且 p 值与温度有关；靠近居里点时铁电体的热释电系数变得特别大 。
热电体有重要和广泛的应用,如红外探测器,
热电激光量热计,夜视仪以及各种光谱反接收器等 。
它的优点是不用低温冷却,但目前灵敏度比相应半导体稍低 。
1.2
