光电技术

光辐射探测的理论基础思维导图，整理了辐射度量学和半导体基础的内容，大家也可以用于备考复习。

第01章 光辐射探测的理论基础

• 辐射度量学
  • 光子能量E=hv=hc/lamda=1.24/lamda（ev） 可见光光子的能量范围为3.2~1.6eV 太赫兹波30~3000 μm; 10 THz~0.1 THz 能量范围为0.0413 ~0.000413 ev
  • 电磁波——辐射度量（Emission）， Xe
    • 辐射能Qe
    • 辐射通量Φe（辐射功率， 简称功率）
      • 计算光电探测器的光电转换能力常用辐射功率 分析强光对光电探测器破坏机理常用辐射能量
    • 辐射强度Ie
      • 辐射源发出的辐射通量与立体角元之比
      • W/sr(瓦/球面度)
    • 辐射出度Me
      • 面辐射源元的辐射能力
    • 辐射照度Ee
      • 辐射接收面上单位面积接受的辐射通量
    • 辐射亮度Le
      • 面辐射源沿不同方向的辐射能力的差异
    • 光谱辐射量Φe(λ)
      • 在波长λ处的单位波长间隔内的辐射通量大小
  • 可见光——光度量（Visible light ）， Xv
    • 人眼只能感知波长在0.38～0.78μm之间的辐射
    • 光谱光视效率或视见函数
      • 明视觉：亮度>3cd/m2 暗视觉：亮度<0.001cd/m2
    • （λ=555 nm时）
    • λ= ？ nm时
  • 辐射强度余弦定律
    • “余弦辐射体”或“朗伯辐射体”各方向的辐射亮度是一样的
    • 重要结论
  • 距离平方反比定律
    • 点光源A，距离光源为R微面元dS，照度为，可计算计算面元接收到光能量
• 半导体基础
  • 能带理论
    • 电子共有化，能级扩展为能带
    • 价电子（最外层电子）能级相对应的能带
      • 导带Ec，自由电子－－能参与导电
      • 禁带Eg
      • 价带Ev，价电子－－不能参与导电，变成自由电子要吸收能量
      • 绝缘体禁带长，金属价带导带重叠，只有半导体三带典型
    • 半导体分类
      • 本征半导体（I型半导体）纯净的半导体
      • 杂质半导体（N型半导体 或P型半导体）掺入少量杂质
        • 多了一层施主能级或受主能级
        • N型半导体：自由电子数>>空穴数目，有施主能级(Negative)
        • P型半导体：空穴数目>>自由电子数，有受主能级(Positive)
  • 热平衡状态
    • Ef－－费米能级
      • 热平衡条件下，能量为E的能级被电子占据的概率为
      • 热平衡条件下，能量为E的能级被空穴占据的概率为
      • Ef的意义是电子占据率为0.5时所对应的能级，但不一定有电子
  • 半导体对光的吸收
    • 本征吸收
      • 光子能量足够大，价带中的电子能激发到导带.产生电子一空穴对 本征半导体和杂质半导体内部，都有可能发生本征吸收!!!
      • 条件
    • 非本征吸收
      • 光子能量不足以使价带中的电子激发到导带，包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶格吸收。产生电子或者空穴，吸收光子波长要比本征吸收长
      • 杂质吸收
        • N型半导体：施主束缚电子→导带
        • P型半导体：受主束缚空穴→价带
      • 条件
  • 非平衡状态下的载流子/过剩载流子
    • 非平衡载流子分类： 光生载流子 热生载流子
    • 非平衡载流子的注入和复合 注入：使非平衡载流子浓度增加的运动 复合：使非平衡载流子浓度减小的运动
    • 非平衡载流子的寿命
      • 光生载流子的（统计）平均生存时间称为光生载流子的寿命,用tc表示。
    • 物理意义：Tc决定线性光电导探测器的时间特性，Tc的大小与材料的微观复合结构、掺杂及缺陷等因素有关
    • T的适应条件:本征吸收和杂质吸收，弱注入
  • 载流子的扩散与漂移
    • 扩散：载流子因浓度不均匀而发生的定向运动称为扩散。扩散系数D和扩散长度L 漂移：载流子受电场作用所发生的运动称为漂移。电子迁移率μ