信息电子学物理复习第五章

第五章提问问题

• 光吸收机制
  
  • 本征吸收：电子从价带跃迁到导带，产生电子空穴对
  • 直接跃迁
    
    • 直接带隙半导体->导带最小值和价带最大值对应于相同的波矢
    • 仅需光子参与，更容易发生
  • 间接跃迁
    
    • 间接带隙半导体->导带最小值和价带最大值对应于不同的波矢
    • 需要光子（能量）和声子（动量）参与
  • 激子吸收
  • 价带受激发的电子没有完全挣脱空穴的束缚，电子与空穴还以束缚态存在，这种物质形态叫做激子
  • 中性、可以运动、不带电流
  • 自由载流子吸收
  • 载流子在能带内部跃迁吸收
  • 杂质吸收
• 主要复合形式
  
  • 带间复合
  • 杂质或缺陷复合
  • 俄歇复合过程

• 光生伏特效应

  • 光生电动势与内建电场方向相反
  • 短波长光子主要在半导体耗尽层吸收，长波长光子深入半导体内吸收，产生电子-空穴对扩散至耗尽层边缘收集

• 非增益光电探测器

  • PN结型、肖特基型和光电导探测器
  • PIN管
  • 减小P区和N区宽度
  • 增加耗尽层宽度

• 增益型光电探测器

  • 雪崩光电探测器
  • 高反偏压
  • 灵敏度高
  • 响应度快
  • 雪崩过程随机，雪崩过程电流的平均值是每个载流子倍增值的平均值
  • 过剩噪声因子
  • 光晶体管

• 光电探测器基本性能参数：响应度、响应时间、探测率

• 量子效率：入射一个波长的光子所产生的电子-空穴对数

• PN结光电二极管为反向偏置

• 主要噪声

  • 热噪声
  • 散粒噪声：光电子或光生载流子的随机跃迁

• “窗口”效应

  • 异质结
  • 将入射光波长限定在一定范围内
  • 两种材料晶格常数匹配

• 雪崩、PIN和PN结光电二极管

  • 相同
  • PN结反偏
  • 光子能量大于禁带宽度
  • 产生光生电流
  • 不同点
  • PN结相应速度慢，响应度低
  • PIN二极管耗尽层宽、扩散区薄，响应速度和响应度↑
  • 雪崩：反偏电压高，有电流增益

• 固体光发射概念

  • 基本跃迁类型

• LED

  • 正向偏置下的PN结
  • 量子效率
  • 内量子效率（不可测）
  • 外量子效率（可测）
    
    • 损失机制：体内光吸收、菲涅尔损耗和临界角损耗

• 半导体激光器

  • 必要条件
  • 粒子数分布反转
  • 谐振腔
  • 阈值条件（腔长L为半波长整数倍）
  • 单异质结激光器
  • 复合机会大，限制结区载流子扩散，增大复合产生光子数
  • 同质 vs 异质
  • 同质
    
    • 对载流子限制弱，复合小，阈值电流大，不能常温工作
  • 异质
    
    • 与同质相反

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