半导体光电探测器

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电探测器的新进展

发布日期:2009-01-07 我也要投稿!作者:陈良惠院士阅读:

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以下为陈良惠院士在我协会主办的2008中国光电产业发展论坛上的发言，略图。感谢陈院士！

1 引言

光电探测器是一种把光辐射信号转变为电信号的器件，其工作原理是基于光辐射与物质的相互作用所产生的光电效应。由于光电探测器种类多，发展迅速，我们仅聚焦于应用需求迫切而进展飞速的研究热点——Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电探测器的研究进展。

众所周知，经济社会信息化和武器装备信息化的重要基础是核心器件。核心器件是电子元器件中技术含量最高，投入最多，采购风险最大的核心部分，它是信息化的基础，不管对国民经济信息化的影响，还是对信息化武器装备的有无、性能指标的高低、质量可靠性的好坏起着至关重要的作用，是国家综合实力和科技水平的具体体现。

2 基于Ⅲ-Ⅴ族半导体的焦平面探测器的重要优势

可见光谱区探测是基于硅材料的CCD，在其两侧，长波侧处于红外区，包括短波红外、中波红外、长波红外以及超长波红外等，短波侧为紫外区，该两区的探测都可为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电探测器所覆盖，如下图所示。

探测器吸收光谱图

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体是由元素周期表中Ⅲ族和Ⅴ族元素合成的化合物半导体的总称，包括二元的GaAs、InP、GaSb等，三元的AlGaAs、InGaAs、GaAsSb等和四元InGaAsP、AlGaInP、GaInNAs、GaInAsSb等，而作为第三代半导体的GaN、AlGaN、InGaN和AlGaInN等应该也属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。

传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体由于衬底材料、器件结构的外延技术以及器件工艺技术的成熟、大面积均匀和价廉，成为全光谱探测器的首选材料。

3 GaAs基量子阱红外探测器

(1)量子阱红外探测器简介

量子阱红外焦平面(QWIP)利用MBE、MOCVD薄膜生长技术，交替生长作为势阱层的GaAs （或InGaAs）材料和作为势垒层的A1GaAs(或GaAs)材料，通过改变量子阱宽度和势垒高度对带隙宽度进行人工剪裁，从而可用于大气窗口3-5 m和8-14 m红外的探测。

其探测机理是利用半导体材料的子带跃迁，实现红外光的吸收，量子阱导带内基态电子(或空穴)对红外辐射作用下，向高能带跃迁，并在外电场作用下作定向运动，从而形成与入射光强成正比的光电流。

在当前以大面阵、多色等定义的第三代红外焦平面器件中，GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器得到了重要应用，与传统的HgCdTe红外探测器相比，它具有以下的优越性：

⑴由于III-V半导体研究的历史较长，目前已有优质的大尺寸的单晶衬底材料和晶片，其外

延生长具有很高的均匀性，完美的可重复性，器件工艺比较成熟，所以易于做成低成本、大面积、高性能的探测器阵列。

⑵通过能带结构设计，可调节探测波长，可以覆盖作为大气窗口的中波（3-5mm）和长波（8-14mm）波段；并有利于制备双色或多色探测器，可望实现与其他功能器件的集成。

⑶Ⅲ－Ⅴ族半导体材料键合力比HgCdTe红外探测器强，所以QWIP的抗高能粒子辐照能力强，特别适于天基红外探测及其应用。

⑷利用Ⅱ型超晶格能带结构（InAs/InGaSb等），可实现截止波长长达30 um的超长波红外焦平面，从而将使用波长延拓到用于太空的超长波段。

⑸QWIP光谱半宽较小，不同波段之间的光学串音小。

因此，尽管基于碲镉汞（HgCdTe，MCT）材料的红外探测技术国内外从六十年代发展至今，已有四十多年的历史，技术上取得不断突破，目前已成为红外探测器的主流技术；但由于HgCdTe碲镉汞材料的衬底和外延技术的难度高，因而，实现低盲元率的大面阵焦平面探测器遇到很大困难。相比之下，从八十年代中期才起步的基于Ⅲ－Ⅴ族半导体砷化镓GaAs的量子阱红外探测器（QWIP）发展更加迅速，近年来已成为国际上研究的热点，在短短的二十年时间里，已发展成1024 1024的大面阵和多波长探测，并在军事（预警探测、情报侦察、精确制导、探雷、火控等）及民用方面（工业检测、医疗卫生、安全防范等）都已成功的进行了实际应用。下面分别就其发展进程和实际应用给予简单介绍。

(2) 量子阱红外焦平面列阵国内外发展概况

量子阱红外探测器是上世纪八十年代中期才发展起来的红外探测器领域的新秀，1985年斯坦福大学和惠普公司的L. C. West等人首次发现GaAs/GaA1As超晶格量子阱结构的红外吸收现象，从而掀起了对量子阱红外探测器研究的热潮。至1988年，AT&T Bell Lab的B.F.Levine等人报道了第一个高探测率、高响应度的GaAs/AlGaAs MQW IRPD，波长8.3μm(77K)[3]。1999年德国AIM 研制成的QWIP焦平面组件，光电导元的尺寸是24μm ×24μm，电荷存储容量为7×106e- [4]。2003年，JPL已研制成10-16 μm 的640×512元QWIP FPA。

双色和双波段红外焦平面列阵是QWIP可以充分发挥其优势的领域。ASA/JPL研制的640×512四色焦平面器件为当前多色器件的最高水平[6],响应波段为4～5.5 μm，8.5～10μm，10~12μm，13～15.5μ m，由4个128器件构成，300 K 背景温度下，45K的工作温度，各探测器的探测率均在1× 1011 cmHz 1/2w-1上下,可操作像元数99.9％。

2004年美国哥达德空间飞行中心、陆军研究实验室及喷气推进实验室合作研制出一种

1024×1024元8.4 9.0μm 红外焦平面列阵。76K下，达到了背景限制红外光电探测器(BLIP)的性能。2007年他们又报道了宽波段的1024×1024元8.4 12μm红外焦平面列阵。57K下，该列阵(f／2摄像机系统)达到了背景限制红外光电探测器(BLIP)的性能。

国内有中国科学院半导体研究所、物理所、上海技术物理所、中国电子科技集团第11研究所、第13研究所和昆明物理所等单位，都开展了QWIP的研究，取得了很大进展。

(3) 量子阱红外探测器的应用

量子阱红外探测器在民用方面，可以用于工业生产中的设备故障探测，材料和部件的无损探测，起火点的红外寻的，人体病变的病灶寻找以及非接触探雷等，此外，在军事应用方面，以下列出几种应用实例：

a.美国海军航母上的舰载战斗机F－14D装备了两波段FLIR系统。采用GaAlAs/GaAs量子阱红外传感器.其响应波段为8～12μm或3～5μm，据说图像质量优于碲镉汞探测器。

b.美国对双色中长波256×256 GaAlAs/GaAs量子阱红外光电探测器（QWIP）焦平面阵列在作战坦克、轻型作战车辆、黑鹰直升飞机等进行野外测试，结果表明明显地提高了系统的目标探测和识别能力。

c.美国喷气式推进实验室（JPL）研制的STVR－1D QWIP热像仪已成为第一个进入太空的GaAlAs /GaAs量子阱红外焦平面热像仪，其核心组件是320×240 GaAlAs /GaAs量子阱红外探测器。

(4)、量子阱红外焦平面器件的主要问题和发展方向

量子阱红外探测器探测率低，主要受其物理机理的限制。首先由于量子阱探测器无法接收垂直入射的光，不得不采用光栅耦合方法解决，这就带来光电转换效率的降低。另外应用子带跃迁机理的量子阱探测器，利用阱内掺杂提供光激发的载流子，其数目远远小于利用带间跃迁的HgCdTe体材料的载流子数目。以上两个原因导致了量子阱红外探测器的量子效率比HgCdTe探测器为低。

量子阱红外探测器还存在器件工作温度低，暗电流比较大的弱点。温度对器件的影响很大，温度升高，暗电流和噪声迅速增加，器件性能受到限制。

如何降低暗电流，提高量子效率和器件工作温度，充分发挥量子阱焦平面器件的优势，以满足现代军用和民用的大量需求，是未来量子阱红外焦平面实用化的主要问题。对应于第三代红外焦平面的发展要求，克服量子阱红外探测器的弱点、发挥自身优势，今后，量子阱焦平面器件应从如下几个方面发展：

1) 发展更大像元的量子阱红外探测器。

2) 发展双（多）色红外焦平面探测器和红外/紫外双（多）色焦平面探测器。

3) 提高工作温度，降低器件暗电流和噪声。

4) 发展甚长波和超长波量子阱红外探测器。

5) 发展更低维结构(量子点或量子线)的红外探测器件。

6) 发展隧道补偿的量子阱红外探测器。

7) 通过波长变换发展无读出电路的量子阱红外焦平面探测器。

(5)量子点红外探测器（QDIP）

量子点红外探测器的研究主要集中于DWELL结构，是在量子阱中嵌入量子点，DWELL结构的红外探测器兼备了传统QWIP和QDIP的特点：量子点红外探测器一样，在正入射时不需要光栅或光耦合；又象量子阱探测器在控制工作波长时具有可重复性（通过控制QD尺寸或QW尺寸）。在DWELL异质结中可观察到载流子寿命比较长，表明其可以在更高温度下工作。另外还具有偏压可调，在中红外波段(MWIR, 3–5 um)、长红外波段(LWIR, 8–12 um) 甚长红外波段(VLWIR, >14 um)可多色操作的优点。

4 GaN基紫外探测器

紫外探测器在导弹预警、飞行制导、秘密通信、生化武器等军事领域中占有重要的地位。国外90年代研制的新型导弹临近报警系统中，紫外型系统几乎占到一半，可以与红外型系统并

驾齐驱。

(1)、GaN基紫外探测器简介

目前，已投入商用的紫外探测器主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、紫外增强器、紫外摄像管和固体紫外探测器等，其中传统常用的是光电倍增管和硅基紫外光电二极管。紫外光电倍增管探测有灵敏度高，对长于截止波长的光波没有响应等优点。但也存在易碎、需要大功率源、系统体积大和价格昂贵等严重缺点。硅基的紫外探测器克服了光电倍增管的诸多弱点，却也存在本征量子效率低、对紫外、可见和红外同样灵敏，紫外探测系统中不得不使用滤光片等弱点。因此，上世纪末本世纪初，宽禁带半导体紫外探测器成为人们关注的热点，特别是AlGaN紫外焦平面探测器发展尤为迅速。

紫外探测器探测的中紫外和近紫外光谱区为200~400nm。这类应用包括：天文学、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染监测、火箭早期发射预警和紫外空间光通信等领域。紫外探测技术的关键是研制高灵敏度、低噪声的紫外探测器。在这些应用中，很重要的一点是可以探测紫外光而不同时探测红外和可见光，特别是从太阳来的光线，以最大限度的降低失效几率或降低背景光。因此，近年来，短波紫外探测的研究集中在短波―太阳盲‖探测上。可以给予短波―太阳盲‖探测这样的定义：这种紫外探测器对波长长于280nm的光是―盲‖的。之所以这么选择,是因为经过大气气体吸收，很少波长在280nm以下的紫外光可以到达地球表面，因此,人们通常把紫外-C区（200－280 nm）称为太阳盲紫外(Solar Blind)。目前用于太阳盲的新型固态紫外探测器材料主要有：AlGaN、ZnO和SiC等.

(2)、GaN基紫外探测器国内外发展概况

与Si基紫外探测器、光电倍增管相比，GaN基紫外探测器的禁带宽度大（3.4 eV-6.2 eV）、耐高温性和耐腐蚀性好，具有太阳盲、量子效率高、能在高温和苛刻环境下工作的优点。九十年代末发展起来的紫外焦平面探测器发展极为迅速。

1999年美国Nitronex公司与北卡罗来那大学、Honeywell技术中心以及美国

夜视实验室成功地实现了基于GaN／A1GaN p-i-n型背照射32×32列阵焦平面探测器数字照相机。响应波段为320-365 nm，峰值响应率达到0.2 A／W(358 nm)，

内部量子效率达到80％，RoA为1.5x109 ?cm2，计算得到的峰值探测率达到6.1

×l013cmHz1/2W-1。2002年该研究小组又成功制成了320×256的日盲紫外探测器，但其中只有部分像元能够有效成像，且质量不如可见光盲探测器清晰，主要原因可能是高质量的高铝组分的AIGaN材料制备困难。2005年美国西北大学也报道了日盲型320×256紫外焦平面探测器．给出了较清晰的图像，但是没有器件性能的详细描述。

目前国内开展紫外探测器研究的研究小组有上海技术物理所、南京大学、西安电子科大、中国空空导弹研究院、北京大学和半导体研究所等，这些研究组开展了大量物理、材料和器件研究，并取得可喜的进展。

(3)紫外探测器的重要应用

GaN紫外探测器在导弹预警、飞行器制导、秘密通信、生化武器探测等军事领域中有重要的应用价值。盲阳的GaN基紫外探测器对可见光没有响应，可以避免太阳光对探测器的干扰，用盲阳GaN紫外探测器装备的导弹告警系统，能有效的对导弹的状态进行预警；火箭发射时，

会喷出大量的羽烟，这些羽烟中有大量的紫外成分，如果采用GaN紫外探测器进行探测，能避免周围的环境对探测器的干扰，能够有效的跟踪导弹的火箭发射；目前飞行器制导多采用红外制导技术，但是随着抗红外制导技术的日趋成熟，常规的红外制导技在导弹预警、飞行器制导、秘密通信、生化武器探测等军事领域中有重要的应用价值术经常受到干扰，但是如果采用红外－紫外双色制导系统，就能够在红外制导系统失灵的同时，能够启动紫外制导系统，从而有效的将敌机击落；紫外通信具有抗干扰性好、保密性好、能够全天候工作等优点，能够用于飞机与飞机之间、飞机与舰载机之间、舰载机与舰载机之间的秘密通信联络，GaN 紫外探测器能够紫外通信系统发挥作用；有些生化武器也能发射紫外线，采用GaN紫外探测器进行监测，能够有效的避免周围环境的干扰，对生物武器进行有效的监测和跟踪。

5 室温InGaAs近红外探测器

基于Ⅲ－Ⅴ族InP衬底的InGaAs探测器，在晶格匹配生长的情况下，可以覆盖1.1-1.7 m近红外波段，并可以室温使用，这是目前光纤低色散和低损耗窗口1.31和1.55μm的长波光电探测器，InGaAs PIN和APD已广泛用作光纤通信的接收器，这些探测器与前置放大电路的集成，或者再与光发射器件集成，是目前光通信中应用面最广的光接收模块或光收发模块。

室温InGaAs pin近红外探测器阵列也可在成像方面得到的应用，包括夜视；隐蔽监视；伪装探测；荧光成像；雾中成像；由于这类探测器具有室温应用和廉价的特点，可望装备更基层的部队。

由于InGaAs量子阱红外探测器的本征光电流反应速度快，所以它有很大的应用前景，倍受人们关注。InGaAs量子阱焦平面可用于中长波红外成像。2005年S. Ozer等人报道的(640 512) InP/In0.53Ga0.47As长波红外QWIP FPA，在77K时NETD~40 mK ，其性能与AlGaAs/GaAs QWIP FPAs相当[28]。

6 Sb化物近红外半导体探测器

基于Ⅲ－Ⅴ族GaSb衬底的Sb化物探测器，可以填补目前探测波段的难点覆盖2-3 m近红外波段，提供急需的2.7 m焦平面探测器，并可以近室温使用。

不过由于GaSb衬底材料价格非常昂贵，缺少半绝缘衬底，使得目前以含Sb化合物为核心的红外光电器件的成本居高不下，从而极大的限制了含Sb化合物材料在红外器件中的应用。为了降低这类器件成本，国际上通行的方法是在目前已经成熟的半导体衬底材料，如Si、GaAs 上生长晶格失配很大的低位错密度GaSb厚体材料，然后在其上生长和制造含Sb化合物半导体器件。这种外延材料的生长难度大。

中科院微系统所在MBE锑化物材料和器件方面做了大量研究工作，他们的主要研究方向有2微米波长激光器。中科院半导体研究所基于面向中红外第三代焦平面多色探测器的要求，对InAs/GaSb超晶格的生长技术进行了研究。2006年成功地在GaAs衬底上生长出高质量GaSb 厚膜材料和2~3微米红外波段InAs/GaSb短周期超晶格材料。这类材料是目前国际上的研究热点，是制造GaSb热光伏电池新能源材料、和第三代大面阵焦平面红外探测器新一代光电功能材料最重要的研究方向之一。加拿大的H. Luo等人研制出GaAs衬底的GaNAsSb光电二极管，在1.55um处响应度为0.016 A/W 。

7 结束语

从以上分析可以看出，我们发展的探测器是基于成熟的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料和工艺技术

基础，各种波段Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体探测器所共同覆盖的波段，正是全光谱探测技术的主光谱群。各波段光电探测器在军事和民用方面都有重要的应用需求。特别对于要掌握核心器件的发展中国家来说，发展Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体全（多）光谱焦平面探测器是我们的一次难得的机遇。随着红外隐身技术的日趋成熟，单波段的红外探测器已经不能满足实际的需要，这时就需要多波段探测器（红外/红外、紫外/红外）同时工作，以大大提高对目标的识别能力和抗红外干扰能力，因此着力发展Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体全（多）光谱焦平面探测器是国际发展的共识，也是提高我国综合国力的重要举措。

(完整版)光电材料

目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10

光电探测器原理

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴，而高能态产生一个 自由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多

肖特基光电二极管

肖特基势垒光电二极管原理及应用 引言 肖特基势垒光电二极管又称金属-半导体光电二极管，其势垒不再是p-n结，而是金属和半导体接触形成的阻挡层，即肖特基势垒。 1 肖特基势垒二极管结构原理及特性 1.1简述 图1 肖特基势垒二极管 肖特基二极管（如图1）是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD 是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD）的简称。SBD不是利用p型半导体与n型半导体接触形成p-n结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属-半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的，中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 1.2结构原理 图2 肖特基势垒二极管结构原理及等效电路

肖特基势垒二极管（也叫热载子二极管）在机械构造上与点接触二极管很相似，但它比点接触二极管要耐用，而且功率也更大。图2（a）给出了肖特基势垒二极管的基本构造。图2（b）是其等效电路。这种形式的电路是威廉姆·肖特基（William Schottky）在1938年研究多数载流子的整流现象时提出的。 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等） A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和由于浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，这时便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻挡层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）是用来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较N-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就变宽。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别，通常将PN 结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫肖特基整流管。近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可以大量节省贵金属，而且还大幅度降低了成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题，使开关特性获得明显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用肖特基二极管的低压降这一特点，从而能够提高其在低压、大电流整流（或续流）电路的效率。 1.3 肖特基势垒二极管特性及应用 肖特基势垒二极管属于一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。但是，它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。 1.3.1 性能比较

半导体光电探测器(精)

半导体光电探测器 摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的结构和工作原 理，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。 关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器 Semiconductor photoelectric detector Abstract：This paper introduces the composition of photoelectric and system, the structure and working principle of some semiconductor photoelectric detector，finally describes the distinction of photoconductive detector and photovoltaic detector. Key words：semiconductor photoelectric detector，photoelectric system，photoconductive detector，photovoltaic detector 引言 光电探测器是一种受光器件，具有光电变换功能。光敏器件的种类繁多，有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等；有雪崩型的及非雪崩型的；有PN结型、PIN结型及异质结型的等。由于光电探测器的响应速度快，体积小，暗电流小，使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。 半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。 半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍了各元件的结构和工作原理，最后将这两类探测器进行比较。 一、光电子系统的组成 现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图1-1-1来说明：待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去。发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同。发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端，由接收光学系统或接收天线将光聚焦到

-纳米光电材料

纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙( Eg) 的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-) 受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h + )，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种： 1. 按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2. 按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3. 按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原

光电倍增管和半导体光电器件新应用举例

光电倍增管（PMT）研究进展及应用 ——记2004年北京HAMAMATSU技术交流会 前言 “2004年北京HAMAMATSU技术交流会”于2004年10月27日～2004年10月29日在浙江杭州召开的。北京HAMAMATSU技术交流会是由北京滨松光子技术有限公司承办的技术交流活动，每年举办一次，邀请各个科研机构和生产单位的专家和技术人员参加，主要介绍滨松公司的产品和研究进展，解答用户的技术问题，交流讨论光电器件在科研和生产中的应用问题。我代表西安交通大学生物医学与分子光子学研究室和西安天隆科技有限公司有幸参加了这次交流活动。 HAMAMATSU（滨松）是总部设在日本的一家主要生产光器件的跨国公司。它在亚洲、欧洲和北美设有七家分支机构。日本滨松下设四个生产部门：电子管事业部，主要生产以光电倍增管为主的各种真空探测器,真空光源等相关仪器设备。半导体事业部，主要生产以光电二极管为主的各种半导体光电器件。系统事业部，主要生产以滨松公司自产器件为中心的各种分析和测量仪器,应用在半导体芯片,生物工程和医疗等各种领域。激光器事业部，主要生产科研和产业用的大功率半导体激光器。北京滨松光子技术有限公司是1988年由中国核工业总公司北京核仪器厂与日本滨松光子学株式会社共同投资成立的。 在2004年交流会中来自日本滨松总部、电子管事业部、半导体事业部的五位专家做了五场专题报告，分别是大冢副社长做的“HPK(滨松)与光产业的现状和未来”，夸田敏一先生做的“PMT新产品介绍”，久米英浩先生做的“PMT应用技术产品及应用领域”，伊藤先生做的“半导体光检测新产品介绍”和石原繁树做的“光源产品介绍”。会议过程中还穿插有技术交流活动，为来自各个科研院所和生产单位的技术人员提供了一个交流的平台。 光电倍增管技术的进展 图1 滨松生产的PMT

半导体光电催化技术.

半导体光电催化第一章 1.原子轨道相互交迭情况 原子钟的电子分布在内外层电子轨道上，每一层轨道对应确定的能量。当原子相互接近并形成晶体时，不同原子的内外壳层。电子轨道之间就有一定的交迭，相邻原子最外层轨道交迭最多，内层轨道交迭最少。当原子组成晶体后，由于原子轨道的交迭，电子不再完全局限在某一个原子钟，它可以转移到相邻原子上去，而且可以从邻近的原子轨移到更远的原子上去，以致任何一个电子可以在整个晶体中以一个原子转移到另一个原子，不再属于某个原子所有，这即晶体中的电子共有化运动。 2.用能级的形式解释能带 禁带：在相邻两个能带之间的区域中，不存在电子占有的能级，将这两个能带间的区域称为禁带。每个能带和禁带的宽度是由各种晶体的具体原子结构和晶体结构所决定的。禁带宽度为零点几到几个电子伏。由于可得出①同一晶体的某个能带，其宽度一定，这是因为能带宽度主要取决于电子轨道的交迭程度。对同一晶体，原子间距是常数，所以各轨道的交迭程度一定。②同一晶体的不同能带，上面的宽，下面的窄。这是因为上面的能带与原子的外层轨道相对应，外层轨道交迭多，能带就宽，内层轨道交迭少，能带就窄。由此可见，能带的宽窄实际上反映了电子共有化的自由程度。 3.满带：能带全部被电子填满。内层电子轨道对应的能带。 零带：能带中可占据能级全部是空的。 价带：价电子所处的能带，最高电子占有能带。（HDMO），可能是全部填满或部分填满。导带：最低空能带（LLIMO） 4.能带对不同材料的解释（对导体，半导体电导率的差别） 按电阻来分：金属导体p<10-6Ω·m绝缘体p>107Ω·m半导体10-6

半导体发光二极管灯具介绍

半导体发光二极管灯具介绍 一、定义 半导体发光二极管灯具即LED（Light Emitting Diode）灯具，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。 半导体发光二极管灯具 二、前景 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

LED灯具 LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。 三、优点 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管 0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 LED灯泡 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应 的入射光子并不直接将光电子从光电材料内 部轰击出来，而只是将光电材料内部的光电 子从低能态激发到高能态。于是在低能态留 下一个空位——空穴，而高能态产生一个自 由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多

半导体电子元器件基本知识

半导体电子元器件基本知识 四、光隔离器件 光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出的管脚为输出端。光耦合器利用电---光----电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。 光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。 光隔离常用如图： 五、电容 有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。 利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。 电路原理图一般用C1、C2、C？等表示。 半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。 PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。 一、二极管 将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。 P结引出的电极称为阳极（正极），N结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。 二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。5V，诸管大于0。1V。用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。将交流电压变为单向脉动电压。 使用注意事项： 1、在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流； 2、在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题； 3、整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并联一个均压电阻，其大小按100V（峰值）70K左右计算，并联使用时，每个二极管应串联10

光电探测器

一`光电探测器 第一节 光辐射探测器的主要指标 光信号的探测是光谱测量中的重要一环，在不同的场合和针对不同的目的所采用的探测器也不同，最重要的考虑是探测器的应用波长范围、探测灵敏度以及响应时间。光探测器是将光辐射能转变为另一种便于测量的物理量的器件，它的门类繁多，一般来说可以按照在探测器上所产生的物理效应，分成光热探测器、光电探测器和光压探测器，光压探测器使用得很少。本章将着重介绍光谱学测量中常用的探测器。 光热探测器是探测元件吸收光辐射后引起温度的变化，例如光能被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高，因此对光能的测量可以转变为对温度变化的测量。这种探测器的主要特点是：具有较宽的光波长响应范围，但时间响应较慢，测量灵敏度相对也低一些，经常用于光功率或光能量的测量。 光电探测器是将光辐射能转变为电流或电压信号进行测量，是最常使用的光信号探测器。它的主要特点是：探测灵敏度高，时间响应快，可以对光辐射功率的瞬时变化进行测量，但它具有明显的光波长选择特性。光电探测器又分内光电效应器件和外光电效应器件，内光电效应是通过光与探测器靶面固体材料的相互作用，引起材料内电子运动状态的变化，进而引起材料电学性质的变化。例如半导体材料吸收光辐射产生光生载流子，引起半导体的电导率发生变化，这种现象称为光电导效应，所对应的器件称为光导器件；又如半导体PN 结在光辐照下，产生光生电动势，称为光生伏特效应，利用这种效应制成的器件称为光伏效应器件。 外光电效应器件是依据爱因斯坦的光电效应定律，探测器材料吸收辐射光能使材料内的束縛电子克服逸出功成为自由电子发射出来。 P k E h E -=ν ---------------------------------- (2.1-1) 上式中 νh 是入射光子的能量，E p 是探测器材料的功函数，即光电子的逸出功，E k 是光电子离开探测器表面的动能。这种探测器有一个截止频率和截止波长C ν和C λ： h p E c = ν , () ()nm eV E E hC p p C 1240= = λ --------(2.1-2)

纳米光电材料

纳米光电材料 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】

纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h+)，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1.按用途分类： 光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2.按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3.按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。 一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管。 纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜[5]。 纳米光电材料具有纳米材料的四种特性（量子、.....) 3.纳米光电材料的制备方法 制备纳米材料的方法有很多，根据不同的纳米光电材料及其用途有不同的制备方法。 1.化学沉淀法： 通过在原料溶液中添加适当的沉淀剂，让原料溶液中的阳离子形成相应的沉淀物(沉淀颗粒的大小和形状由反应条件来控制)，然后再经过滤、洗涤、干燥、

宽禁带半导体光电材料研究进展

宽禁带半导体光电材料的研究及其应用 宽禁带半导体材料(Eg大于或等于3.2ev)被称为第三代半导体材料。主要包 括金刚石、SiC、GaN等。和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有禁带宽度大,电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好,具有更高的击穿电场、更高的抗辐射能力的特点,其本身具有的优越性质及其在微波功率器件领域应用中潜在的巨大前景,非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。 以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料,是一种良好的直 接宽隙半导体光电材料,其室温禁带宽度为3.4eV,它可以实现从红外到紫外全可见光范围的光辐射。近年来已相继制造出了蓝、绿色发光二极管和蓝色激光器等光电子器,这为实现红、黄、蓝三原色全光固体显示,制备大功率、耐高温、抗腐蚀器件,外空间紫外探测,雷达,光盘存储精细化、高密度,微波器件高速化等奠定了基础。 氮化镓和砷化镓同属III-V族半导体化合物,但氮化镓是III-V族半导体化合物中少有的宽禁带材料。利用宽禁带这一特点制备的氮化镓激光器可以发出蓝色激光,其波长比砷化镓激光器发出的近红外波长的一半还要短,这样就可以大大降低激光束聚焦斑点的面积,从而提高光纪录的密度。与目前常用的砷化镓激光器相比,它不仅可以将光盘纪录的信息量提高四倍以上,而且可以大大提高光信息的存取速度。这一优点不仅在光纪录方 面具有明显的实用价值,同时在光电子领域的其他方面也可以得 到广泛应用。虽然人们早就认识到氮化镓的这一优点,但由于氮 化镓单晶材料制备上的困难以及难于生长出氮化镓PN结,氮化 镓发光器件的研究很长时间一直没有获得突破。经过近20年的 努力,1985年通过先进的分子束外延方法大大改善了氮化镓材

Ch8半导体光电子器件

8. Semiconductor lasers 8Semiconductor lasers yp A typical semiconductor laser is formed from a semiconductor diode and a pair of plane-parallel mirrors. In operation, the diode is forward biased In operation the diode is forward biased The populations are so large that f e+ f h> 1 for some photon energy (above the bandgap energy), thereby giving gain in the semiconductor material. If the gain per pass exceeds the mirror transmission loss and any other losses experienced by the beam (e.g, diffraction, absorption loss in nominally transparent parts of the structure, loss from scattering off material, or structure imperfections) the structure will lase.

Semiconductor laser structures There are two basic configurations edge-emitting edge emitting surface emitting.

半导体雪崩光电二极管(精)

半导体雪崩光电二极管 半导体雪崩光电二极管 semiconductor avalanche photodiode 具有内部光电流增益的半导体光电子器件，又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，适用于以微弱光信号的探测和接收，在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。 当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。人们最初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态；在此以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。 碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增，从而使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年，K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报道锗和硅的PN结在接近击穿时的光电流倍增现象。1955年，S.L.密勒指出在突变PN结中，载流子的倍增因子M随反向偏压V的变化可以近似用下列经验公式表示 M＝1/[1-(V/VB)n] 式中VB是体击穿电压,n是一个与材料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压非常接近于体击穿电压时，二极管获得很高的光电流增益。PN结在任何小的局部区域的提前击穿都会使二极管的使用受到限制，因而只有当一个实际的器件在整个PN结面上是高度均匀时，才能获得高的有用的平均光电流增益。因此，从工作状态来说，雪崩光电二极管实际上是工作于接近（但没有达到）雪崩击穿状态的、高度均匀的半导体光电二极管。1965年，K.M.约翰逊及L.K.安德森等分别报道了在微波频率下仍然具有相当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此，雪崩光电二极管作为一种新型、高速、灵敏的固态光电探测器件渐渐受到重视。 性能良好的雪崩光电二极管的光电流平均增益嚔可以达到几十、几百倍甚至更大。半导体中两种载流子的碰撞离化能力可能不同，因而使具有较高离化能力的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下获得较高的雪崩倍增。但是，光电流的这种雪崩倍增并不是绝对理想的。一方面，由于嚔随注入光强的增加而下降，使雪崩光电二极管的线性范围受到一定的限制，另一方面更重要的是，由于载流子的碰撞电离是一种随机的过程，亦即每一个别的载流子在耗尽层内所获得的雪崩增益可以有很广泛的几率分布,因而倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机起伏，即光电流中的噪声有附加的增加。与真空光电倍增管相比，由于半导体中两种载流子都具有离化能力，使得这种起伏更为严重。一般将光电流中的均方噪声电流〈i戬〉表示为 〈i戬〉＝2qI0嚔2F(嚔)B

光电二极管特性参数的测量及原理应用(精)

工作总结实验报告 / / 光电池/光敏电阻/光电二极管特性参数的测量指导人：朱小姐实验类型：工作检验及年终总结实验地点：搏盛科技光电子半导体实验室实验目的：销售技能的考察，产品及相关知识的了解情况，年终总结实验日期：2011 年 12 月 26 日姓名：陈帅职位：销售工程师手机号：159******** Email: chenshuaisz1688@https://www.docsj.com/doc/cb10450474.html, 概述光电效应是指入射光子与探测器材料中的束缚电子发生相互作用，使束缚电子变成为自由电子的效应。光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。入射光子引起探测器材料表面发射电子的效应称为外光电效应。入射光子激发的载流子（电子或空穴）仍保留在材料内部的效应称为内光电效应。内光电效应器件有光电导探测器（例如光敏电阻）、光生伏特器件（光电池、光电二极管、光电三极管）。实验内容测量三种内光电效应器件（光敏电阻、光电池、光电二极管）的特性参数。注意事项 a 做实验请关灯，以达到良好的测量效果。 b 拆卸数据线时不要用力硬拽，拆不下来请转个角度拆。 c 请在自己的实验桌上做实验，不要到别的实验桌旁干扰同事做实验，更不要动他人的仪器。 d 请勿触摸光学镜片的表面。 e 测量时不要碰导线，否则数据不稳定。更不能用力拉扯导线，导致接头脱落。 f 实验完毕关闭所有电源开关。实验报告报告开头请填入姓名、职位、手机号、实验日期。实验完成后，请将报告打印出来，在有实验数据、图表的页脚签名，然后交到朱小姐办公桌上。 Word 文件请以“实验报告+姓名”命名，发到朱小姐邮箱。请在元旦节前完成。签名: 第 1页 光敏电阻的特性曲线测量一. 目的要求测量 CdS（硫化镉）光敏电阻的伏安特性和光照特性。实验要求达到： 1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线 2、绘制出光照特性曲线 3、理解光敏电阻的光电特性二. 实验原理某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。光敏电阻是基于光电导效应工作的元件。光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。由于光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，只要把它当作电阻值随光照度而变化的可变电阻器对待即可，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。因此光敏电阻在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导、激光外差

Ch6半导体光电子器件

6Semiconductor Detectors 6. Semiconductor Detectors A large variety of semiconductor materials, structures and devices are used as photodetectors in optical receivers. The most important for communications are: pn p i n and Schottk Barrier Photodiodes ?pn, p-i-n and Schottky Barrier Photodiodes ?Avalanche Photodiodes ?Metal-Semiconductor-Metal(MSM)Photodiodes Metal Semiconductor Metal (MSM) Photodiodes ?Photoconductors Equally important optical devices, but structurally completely q y p p,y p y different and not used for optical communications include: ?Charge-Coupled Devices (CCDs) ?CMOS Imagers ?Photocathodes ?Solar Cells Solar Cells

Optical Absorption Optical Absorption

Optical Absorption in Semiconductors p p g g The photon flux passing through an absorbing medium is Since the carrier collection regions are ≤1 μm, the absorption coefficient needs to b101hi hi h be ~104cm-1to achieve high efficiency, which only occurs for direct bandgap materials near di t b d t i l the bandgap. Basically want identical thermal and photon identical thermal and photon energies for generation.

半导体光电子器件制作

《半导体光电子器件制作技术》 课程编号：****** 课程名称：半导体光电子器件制作技术 学分：1.5 学时:24 (其中实验学时：0) 先修课程：半导体物理 一、目的与任务 本课程是一门专业教育选修课，适合于光信息科学技术、电子科学与技术、测控技术与仪器等专业。本课程的目的是为光电信息工程，电子科学与技术，测控技术与仪器等专业的学生进入半导体制造和研究领域打下坚实的理论和实践基础。 本课程的任务是通过半导体光电子芯片、器件及系统制造的工艺方法、工艺原理以及半导体制造新技术及发展趋势的学习，使学生掌握半导体光电子器件与系统的通用制备方法和过程以及相关基础理论知识。 二、教学内容及学时分配 第一章绪论(2学时) 1.光电子材料 2.光电子器件 3.工艺技术概述 第二章晶体材料生长(3学时) 1.单晶硅的生长及氧化技术 2.砷化镓晶体的生长技术

3.氮化稼基晶体的生长技术 第三章薄膜沉积技术(8学时) 1.薄膜技术概述 2.蒸发技术 3.溅射技术 4.外延生长技术 5.CVD技术 6.典型介质及金属制备技术 第四章光刻和刻蚀(2学时) 1.光刻工艺原理 2.光学光刻工艺介绍 3.新一代光刻方法 4.湿法刻蚀 5.干法刻蚀 第五章掺杂技术(2学时) 1.扩散工艺原理 2.基本扩散工艺 3.离子注入原理 4.注入相关工艺 第六章典型光电子器件制作工艺(7学时) 1.CMOS工艺流程及制作步骤(2学时) 2.光电探测器的结构和制作(1学时) 3.发光二极管的结构和制作(1学时)

4.太阳能电池的结构与制作(1学时) 5.电致发光显示的结构和制作(2学时) 三、考核与成绩评定 考核：统一命题，开卷 成绩评定：考试占80%，平时作业及日常考核等占20%，按百分制给出最终成绩。 四、大纲说明 1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3. 本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书： 教材： [1](美)施敏, 梅凯瑞著，《半导体制造工艺基础》，合肥，安徽大学出版社，2007 参考书： [1](美)Michael Quirk, Julian Serda著，《半导体制造技术》，北京，电子工业出版社2004 [2]夏海良等编，《半导体器件制造工艺》，上海，上海科学技术出版社1986