半导体光电器件(科普)

半导体光电器件—信息时代的基石

张永刚

你知道什么是半导体光电器件吗？当你提起电话与远在天边的朋友侃侃而谈，交换着许多重要的和不重要的消息时，当你打开电脑去网上冲浪，贪婪地吸吮着各种有价值和没价值的信息时，半导体激光器、探测器、调制器、和光放大器等正默默地为你充当着忠实的信使；当你把光盘放进各种五花八门的机器中时，半导体激光器和探测器正作为你勤劳的仆人不厌其烦地取出那张塑料片上的信息，把它变成你想欣赏的电影、音乐和其他你想要的东西。人造卫星遨游在太空中，半导体红外探测器是它的千里眼，半导体太阳能电池为它提供着用之不竭的能源；我们眼前的五颜六色的世界也有半导体发光二极管的一份功劳。半导体光电器件的大家族中包含许多成员，他们有的能把电变成光，也有的能把光变成电，还有的能对光和电的信号进行各种处理和放大。

半导体光电器件的工作波长是和制作器件所用的半导体材料的种类相关的。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时，就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。材料科学的发展使我们能采用能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，使之能满足我们的各种需要并为我们做更多的事情，也能使半导体光电器件的工作波长突破材料禁带宽度的限制扩展到更宽的范围。半导体光电器件已经为我们做了很多，它还能为我们做些什么呢？

光通信的发展需要新型的半导体光电器件

随着信息时代的来到，人们对信息的追求已进入了如痴如醉的境地，而传输如此海量的信息，必然要占用越来越大的通信带宽。根据预测，未来25年中人们对通信带宽的需求将以每年增加三倍的速度增长，近年来网络通信需求的急剧膨胀，未来几年中对通信带宽的需求将每年增加十倍，靠什么样的技术才能支撑起增长如此迅速的通信带宽呢？

在有线通信方面，由于导线的传输损耗正比于传输频率及传输距离，普通双绞线(如电话线)上传输的信息的带宽仅是几十KHz,只能用来传输话音和文字信息，这样的带宽用来传输静止的图象已有捉襟见肘之感；同轴电缆(如有线电视电缆)的传输带宽可达几百MHz,这样的带宽目前对于大多数个人用户来说也许已经够用，但要支撑起包含成千上万用户的信息网络，显然也是无能为力的；众所周知，在无线通信(包括卫星通信)方面，所有带宽资源都已各有其主，因此，在未来几十年中也只有用光纤才能构筑起这样一个每天吞噬着海量信息的巨大网络大厦。

用光作为信息载体，采用石英光纤传输信息，在今天已经得到了广泛的应用。石英光纤在近红外波段具有良好的传输特性，在1300nm波长附近其色散达到极小，有利于传输高速信号,在1550nm波长附近其损耗达到极小，有利于信号的长距离传输,而在1300～1650nm波长范围内损耗和色散特性均较为平坦，是一个可以充分利用的宽广频带。在这个频带上，光波的频率约为200THz，可用的带宽达到40THz以上，这在今天看来几乎是一个无限的带宽资源，但如果考虑到带宽需求每年增加三倍的趋势，20年后40THz的带宽也只相当于今天的10KHz,这只不过是一路话音信号的带宽而已。要想充分利用光纤这种具有巨大信息传输能力的传输介质，必须发展出各种相应的技术，还要有各种有源或无源的光子、电子及光电子元器件与之相匹配，其中半导体光电器件就是进行光纤信息传输所需的基本的和关键的器件。下面就介绍几种典型的器件。

量子阱半导体激光器

光纤通信技术发展到今天已有近卅年的历史了，目前广泛应用于光纤通信系统的光源器件是采用III-V族化合物半导体材料InGaAsP/InP制作的激光二极管。InGaAsP/InP材料体系的发光波长正好满足了石英光纤的需要，采用这种材料制作的半导体激光器在室温下表现了出良好的光电特性，可以满足使用要求。但是，由于材料本身特性的限制，采用InGaAsP/InP材料制作的半导体激光器表现出一个明显的缺点，就是对温度特别敏感，在室温下工作得很好的器件，温度较高时激光输出会明显减小，甚至不能正常工作。为此，人们在使用激光器时一般要给它加上半导体热电制冷器，使其能恒温工作，还要加上监控输出光强的光电探测器和光控电路使激光输出功率稳定，这使得整个激光模块的成本增加不少，体积

和重量也相应增加，同时由于零部件较多，可靠性也会受到影响。还应注意到，由于半导体热电制冷器的耗电较大，一般要超过激光器本身的耗电，这使得使整个模块所消耗的电能也增加很多，为其供电的电源部分的体积和重量有可能超过激光模块本身。对于较长距离的干线通信系统，由于系统的投资主要集中在线路方面，端机所占的成本份额较小，端机的工作环境也较好，这些缺点还可以忍受，但随着信息量的增长，特别是光纤到户目标的提出，半导体激光器将直接面对数以亿计的个人用户。要想构成一个能够双向通信的光纤节点，每户至少需要一个半导体激光器和一个光电探测器，这些器件往往有可能在较差的环境下工作，前述普通InGaAsP/InP半导体激光器的缺点将变得难以忍受。因此，人们迫切希望发展出能在较宽的温度范围内正常工作，无需热电制冷和光控电路的半导体激光器，只有这样才能简化系统和降低成本，并保证所需的性能和足够的可靠性，迈出光纤到户的关键一步。

在半导体激光器中引入量子阱结构可以明显改善其温度特性。采用先进的半导体材料外延生长工艺(如分子束外延生长工艺),将厚度仅为几十个原子层的半导体发光材料（作为量子阱）交替生长在光限制材料(作为量子势垒)之间，使其产生量子限制效应，可以使激光器在较低的电流驱动下就产生较强的激光，从而降低温度对器件性能的影响。图1就表示出了量子阱的能带结构和发光过程。

图1. 量子阱的能带结构和发光过程示意图

量子阱结构还可同时改善激光器的其他光电性能。在量子阱中引入适当的应变，可以进一步改善器件的温度特性；而在量子势垒材料中引入与量子阱材料中类型相反的应变，可以补偿应变对材料生长质量带来的不利影响。综合以上这些措施，可以发展出适用于石英光纤波长范围，能在较高的温度下正常工作的半导体激光器。显而易见，这样的半导体激光器将无需热电制冷器和光控电路，对工作环境温度也无严格要求，使每个终端的成本大大降低，能够直接面对未来高速光纤信息平台最末端的那些数以亿计的量大面广的用户。

波分复用半导体激光器和光电探测器

一根光纤的可用带宽达到40THz以上，而一路光纤如只用来传输一路光信号，目前所能利用的带宽仅在几十GHz量级，只利用了其千分之一的传输能力。将光纤的可用带宽范围(如1300～1650nm)象无线电频率一样划分成许多个不同波长的频道，在每个频道上互不干扰地传输一路光信号，对光波（波长为微米级的无线电波）象对无线电波进行频分复用一样按波长进行复用，即为波分复用(WDM)。采用波分复用技术无疑将大大提高光纤的传输能力，增加光纤网络的容量。

采用波分复用技术的具体优点主要体现在两个方面：对于长距离和超长距离的干线通信(如海底越洋光缆)系统而言，由于其投资巨大，而整个系统的投资主要集中在线路上(一般占总投资的95%以上),因此如何利用这些线路传输尽可能多的信息是人们首先考虑的问题。波分复用技术能使人们在基本不增加线路投资的前提下成几倍几十倍地增加线路的传输能力。对于通信距离较短的局部光纤网络以及高速光纤信息交换平台来说，波分复用技术除能增加传输能力外，还可以将不同波长的光纤频道用于不同的网络、不同的用户或者不同的服务种类，所有信息可以在同一根光纤上运行而互不相扰，人们也可以在光纤网络上随意选择所需的具有很大带宽的光纤频道，这无疑将使目前的信息网络产生一个革命性的变化。

当一根光纤只用于传输一路光信号时，对半导体激光器的发光波长可以不作严格要求，光电探测器也不需要对波长具有选择性，但如多路光信号一起传输，显然每路光信号的波长必须固定在所设定的频道上，不能占用其他频道，其波长也必须十分稳定；对于光电探测器，这时往往要求它对波长具有选择性，即能在不同波长的光信号中选择出所需要频道的光信号，这些在技术上实现起来具有相

当高的难度。

用于波分复用的半导体激光器，必须能够单频工作和具有相当高的频率稳定度，一般均采用高质量的分布反馈结构，即利用制作于激光器结构中的高质量光栅对波长的选择作用来严格限定激光器的发光波长。在很多应用场合，还会要求半导体激光器的工作波长可以调谐并具有很高的稳定度，即同一个激光器能够稳定工作在不同的光纤频道上，这时往往需要采用多工作区的激光器结构或者外腔结构。能同时产生不同波长的激光以用于不同的光纤频道的半导体激光器阵列也是波分复用技术中所需要的。目前，光纤频道的间隔在200GHz(1.6nm)或100GHz(0.8nm),当采用密集波分复用(DWDM)方式时，频道间隔仅为50GHz(0.4nm)，这对激光器的材料生长和器件制作工艺都提出了极高的要求。对于光电探测器，由于其本身对波长间隔很小的不同光纤频道不具有选择性，因此必须将其与光栅、光波导或光纤光栅滤波器等结合起来才能满足使用要求。将光电探测器阵列与采用微机械加工方法制作的光栅滤波器进行单片集成，构成波分复用光电探测器阵列，是一个吸引人的目标。目前，已有进行40路甚至更多复用的波分复用系统投入运行的报导，96路复用的系统正在发展之中，人们希望能在不久的将来在一根光纤上进行800路复用，以完全利用整个光纤的可用带宽。

光电子集成电路与光子集成电路

尽管光纤网络和光波复用技术可以极大地提高信息网络的运行容量，但目前最终用户面对的还是以电信号形式携载的信息，因此将光电器件与电子器件有机地结合起来进行光－电、电－光转换以及光、电信号和光电混合信号的处理等仍是系统所必需的。目前分立的光电器件(如激光器、探测器、调制器等)和电子器件（信号放大电路、激光器驱动电路、信号处理电路等）都已达到了很高的水平，但将这两种不同类型的器件组合起来却受到一定限制，其中最主要的是互联分布参数的影响。例如，将一个光电探测器与一个放大电路进行互联，器件引线的分布参数(电容、电感等)有可能超过器件本身的电容和电感，这就限制了它们的工作频率。随着工作频率的不断提高，这种影响会显得越来越严重。将光电器件和电子器件在同一块衬底上进行单片集成，构成所谓光电子集成电路(OEIC)，以减小互联分布参数的影响，并构成具有完整功能的集成模块，一直是人们努力追求的目标。光电集成一方面可以提高了系统的工作频率(在2.5Gbit/s以上的系统

中，单片集成的优势是十分明显的),另一方面也可提高系统集成的可靠性，还带来降低系统集成成本和减小体积等一系列好处。要将按不同原理进行工作的光电器件和电子器件进行单片集成，首先必须解决这两类器件的兼容性问题。由于这两类器件无论在材料、外延生长结构还是器件工艺及封装结构方面都存在很大的差异，而这种差异有时往往很难调和，因此必须发展出相应的技术使其达到互相兼容。在利用光信号构成高速信息交换平台的进一步发展中，人们还希望在许多信号处理的环节上直接对光信号进行处理和交换，以避免光－电、电－光转换这些容易引起瓶颈效应和干扰的环节，即构成所谓全光网络。近年来构成全光网络所需的各种分立光学零部件已一步步地发展起来，而采用微电子和微机械方面许多可资利用的技术将这些光学零部件微型化，并使之能够单片集成到同一块衬底上，即构成所谓光子集成电路(PIC，或称光子集成回路)，前景无疑是十分诱人的。目前人们还只是在将少数几种光子器件进行单片集成方面进行尝试，相信随着技术的进步，采用光子集成电路构成全光网络的目标是可以实现的。

照明和能源应用半导体光电器件方兴未艾

用于光通信的光电器件一般都工作在近红外波段，而要使半导体光电器件能发出能为我们看到的可见光波段的光，或者让它把太阳光的能量转变成电能作为我们的能源，就要用到禁带较宽的半导体材料。目前人们已能用禁带较宽的半导体材料发出很亮的红光，也能用禁带更宽的材料发出橙、黄、绿、蓝等各种颜色的光。采用半导体材料制成的发光器件可以有很高的发光效率，消耗较少的电能就能发出很亮的光，而且有很长的寿命。这些发光器件已经在仪表指示灯，手机等设备的液晶屏幕和键盘照明和大型显示屏幕等方面得到了应用，并且开始用于汽车刹车灯、尾灯和转向灯和交通信号灯等。

一百多年前爱迪生发明的白炽灯泡在我们的生活中仍在广泛使用着，它的发光效率很低，大量的能量都变成热能白白浪费掉了，而且寿命只有几百小时，后来出现的荧光灯有了不少改进，效率明显提高，寿命也达到了几千小时，半导体发光器件有比白炽灯高得多的发光效率，消耗同样的电能时亮度可以比白炽灯高十倍以上，比荧光灯也要高两到三倍，寿命也比荧光灯更长，可以达到十万小时以上，但由于它只能发出单色的光，所以过去没有广泛地作为日常照明灯具使用。

现在由于宽禁带半导体材料的发展，半导体发光器件已经可以在紫外波段有很高的发光效率，这样采用和荧光灯一样的办法，用半导体发光器件发出的紫外光来激发荧光粉就可以发出很亮的白光来，这样就可以让半导体发光器件来为我们的日常生活照明了。这样的灯泡消耗的电能很少，能节约大量的电力，而且一个灯泡可以用上几十年，这样的灯也可以用在汽车大光灯等强光照明场合。图 2 中就是全部采用半导体照明和装饰的汽车及已经推向市场的采用半导体发光器件的白光灯泡等，这些产品目前虽然价格还很高，但是随着科技的进步将很快大量推广。

图2.

除照明之外能源领域也是半导体光电器件可以发挥重要作用的地方。你也许已经知道，卫星和飞船都是靠太阳能电池为它们提供电力的，目前采用多种具有不同禁带宽度的半导体材料复合构成的半导体太阳能电池可以利用太阳光中不同颜色的光的能量，这样的太阳能电池的转换效率已经达到了30％以上，但这样的太阳能电池目前价铬还很高，只能在特殊场合使用。人们也正在研究能更加完全地利用太阳光能量的电池，希望能达到50％以上的转换效率。由于太阳能是我们取之不尽的能源，也是最清洁环保的能源，人们也希望在地球上能给多地使用高效的太阳能电池，图3 就是一幢采用太阳能供电的楼房。由于采用了聚光式的结构，使用很小面积的高效太阳能电池也可以达到大面积采光的效果，但可以明显降低成本。

图3.

环保和医疗领域半导体光电器件大有可为

廿一世纪中人们将越来越重视生活的质量，环保和医疗也就成了大家关注的领域，在这些领域中半导体光电器件可以有那些作为呢？当半导体光电器件的波长进入更长的中红外波段(2-25微米)后，我们就可以用它们来精确地测量各种气体的含量，这对环境保护就有很大的用处。每一种化学气体都对应着一系列特定的光吸收波长，就象是这种气体的指纹一样，气体在中红外波段的光吸收强度特别高，所以在这个波段上采用半导体光电器件可以测出含量很低的气体的浓度，如装修房屋后残留的甲醛、甲苯气体，空气中的二氧化硫气体等，而且可以马上得到测量结果。这样的方法还可以用来进行医疗诊断，通过测量人们呼出的气体中的成分变化可以很快地判别病情及其变化情况，帮助医生采取适当的措施。利用特定波长的激光可以透过人体组织或与病变组织发生作用的特点还可以采用半导体激光进行介入诊断和微创手术等。

前面已经说到，半导体材料发射或吸收光的波长取决于它的禁带宽度，而采用能带工程的方法就可以在半导体材料的导带或价带中产生出一些子能带，由于子能带间的宽度很小，利用电子在子能带间的跳跃就可以发射或吸收波长更长的光，使半导体光电器件在中红外波段也能很好地工作，图4就是利用电子在子能

带间跃迁发光的单极型激光器的示意图，把许多个单极型激光器结构串联起来，

就可以用一个电子发出许多个光子来，构成具有象瀑布一样结构的量子级联激光器。要想利用材料的子能带，就需要对材料的结构进行精细的裁减，这就需要很精确的材料生长控制手段，现在人们已经可以使半导体材料按照预先设计好的结构生长，把几百甚至几千层极薄的半导体材料叠加在一起做成量子级联激光器，而控制精度要达到一个原子层。

图4.

回顾和展望半导体光电器件在我们生活中的应用，让我们再一次体会到科学和技术的魅力，也使我们认识到知识积累和思想创新的重要，更使我们对未来美好的生活充满了憧憬，青少年朋友们，让我们一起进入科学和技术的深山里寻找更加绚丽的花朵，为我们的明天增光添彩！

作者简介:

张永刚博士，中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室研究员，博士生导师，IEEE高级会员。近廿年来一直从事化合物半导体光电子材料及器件的研发工作，负责和参与完成了包括国家攻关、863、国家重大基金等各类研究课题廿余项，曾作为访问学者多次赴德国、瑞典、美国等开展合作研究。获中科院自然科学和科技进步二、三等奖共五次，上海市科技进步二等奖一次、三等奖二次,已发表学术论文八十余篇，申请国家发明专利5项。1991年入选上海市青年科技启明星并获跟踪资助，1999年获国务院政府特殊津贴。

(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

第1章半导体器件习题及答案教学总结

第 1 章半导体器 件 习题及答案

第1章半导体器件 一、是非题（注：请在每小题后［］内用” V"表示对，用” X "表示错） 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（） 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（） 3、在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。（） 4、P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） 5、N型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（） 6半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（） 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。（） 12、由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。（） 13、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述 二极管的反向击穿特性。（） 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。 （） 16、有人测得某晶体管的U BE=0.7V, I B=20^A,因此推算出r be=U BE/|B=0.7V/20 卩A=35k Q（）

17、 有人测得晶体管在U BE =0.6V , I B =5^A,因此认为在此工作点上的r be 大约为 26mV/l B =5.2k ◎（） 18、 有人测得当U BE =0.6V , I B =10^A O 考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到 、选择题 （注：在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处 .1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中 __________ 载流子 A.有 B.没有 C.少数 D.多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生 ___________ F 很大关系。A.温度B. 掺杂工艺C.杂质浓度C.晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 _____ 漂移电流，耗尽层 _____ 。当PN 结 外加反向电压 时，扩散电流 _____ 漂移电流，耗尽层 ____ 。 A.大于B.小于C.等于D.变宽E.变窄F.不变 8、二极管正向电压从0.7V 增大15%时，流过的电流增大 ________ 。（ A 1. 15% B 1 ?大于 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2 U BE 1 B 0.6 0 10 0 60(k ) ,多选或不选按选错论） A.负离子 B. 空穴 C. 3、 半导体中的载流子为 ________ 。 空穴 4、 N 型半导体中的多子是 ________ < 5、 P 型半导体中的多子是 _________ < &在杂质半导体中，多数载流子的浓度 度则与 ______ 有 正离子 D. 电子-空穴对 \.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子和 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 _____ ，而少数载流子的浓

半导体器件知识点归纳三

四、MOSFET 1、分类 FET：JFET、MESFET、IGFET(MOSFET) MOSFET：增强型NMOS、增强型PMOS、耗尽型NMOS、耗尽型PMOS，增强与耗尽由阈值电压决定，常用为增强型器件。 2、结构 四端：G（栅）、D（漏）、S（源）、B（衬底），源区和漏区之间为沟道，栅极电压控制沟道的导通与关闭，源极和漏极电压控制沟道电流的大小。 3、工作原理 NMOS：栅压小于阈值电压，沟道关闭；栅压大于等于阈值电压时，沟道导通，沟道电流随漏源电压增大而增大，直到饱和； PMOS：栅压大于阈值电压，沟道关闭；栅压小于等于阈值电压时，沟道导通，沟道电流随源漏电压增大而增大，直到饱和。 4、工作区间（定性讨论） 在栅源电压（V GS）大于阈值电压（V T）的情况下 线性区：源漏电压（V DS）很小，漏极电流（I D）与V DS成线性关系； 饱和区：V DS逐渐增大到一定值时，I D达到一个饱和值，不再随V DS增大而增大； 击穿区：V DS继续增大，达到漏源击穿电压BV DS，导致I D急剧增加。 5、阈值电压 具体定义、原理、公式推导参看书上，通过公式可以总结出影响阈值电压的几个因素，对于阈值电压的理解非常重要，阈值电压的大小关系到器件的工作状态及电压范围，器件设计和电路设计中都是一个及其重要的参数。 用NMOS简单概括一下：NMOS衬底为P型半导体，源漏区分别是N型掺杂，栅极为0电压时，沟道跟衬底一样，是P型，不存在导电电子，没有电流产生；当栅极电压为正并逐渐增大时，正电压会排斥沟道空穴向衬底方向移动，同时吸引衬底电流流向沟道，使得沟道电子越来越多，最终导致沟道类型发生反型；当栅极电压达到一个被称之为阈值电压的值时，沟道发生强发型，沟道电子在漏源电压作用下由源区向漏区移动，产生电流，即器件开启。 PMOS的机理可以类似分析，只是需要注意PMOS沟道导电的是空穴。 在定性理解机理的基础上一定按照书上的推导定量的得到阈值电压的公式，并且记住，再次强调，这一点非常重要。 6、衬底偏置效应（体效应） 一般情况下，NMOS的源极跟衬底相连，并且接芯片的最低电位，但是在实际电路中，由于设计需要，往往会出现源极接到了一个比衬底高的电位上，源极电压会吸引沟道电子移向源极，从而使沟道电子变少，要使沟道达到强反型，就需要更大的栅极电压，这就是阈值电压的增大。 同理，对于PMOS，源极一般与PMOS管的体（N阱）相连，接芯片最高电位，实际设计中会有源极接到比体要低一些的电位上，会吸引沟道中的空穴移向源极，同样导致沟道空穴变少，要是沟道达到强发型，就需要更低的栅极电压，即阈值电压减小，阈值电压的绝对值也是增大的。 7、直流电流电压方程（定量讨论） 直流电流电压方程显示的输出特性即是对工作区间的定量讨论。 前提条件（V GS>V T器件导通）

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

半导体器件知识点归纳二

三、双极结型晶体管 1、BJT的分类 代表工艺、名称、代表类型 2、偏压与工作状态 各种偏压与所对应的工作状态、模拟电路和数字电路应用 3、少子浓度分布与能带图 各个区的少子浓度分布 均匀基区和缓变基区各种工作状态下的能带图画法 4、放大系数 放大电路的两种基本类型：共基极和共发射极 两种基本类型下的直流短路电流放大系数和静态电流放大系数的定义及其计算 两类放大系数间的关系及其典型范围 5、基区输运系数 基区输运系数的定义及近似计算公式 6、基区渡越时间 基区渡越时间的定义及其计算公式 计算公式中各表达式的物理意义 7、发射结注入效率 发射结注入效率的定义及其计算公式 8、缓变基区晶体管的电流放大系数 自建场因子（基区漂移系数）的概念 缓变基区晶体管的基区输运系数、基区渡越时间、发射结注入效率、电流放大系数与均匀基区大致相同，注意区分即可 9、小电流时放大系数的下降 解释产生该现象的原因 10、发射区重掺杂效应 解释其现象、原因及减轻措施 11、BJT的直流电流电压方程 共基极和共发射极的直流电流电压方程 倒向晶体管的概念 倒向晶体管放大系数比正向晶体管小的多的原因 倒向晶体管和正向晶体管的互易关系 12、BJT的直流输出特性 熟悉集电极电流的推导 共基极和共发射极输出特性图 13、基区宽度调变效应 厄尔利效应产生的现象 厄尔利电压的定义及其计算 减小厄尔利效应的方法 14、BJT反向特性 浮空电势的概念 三种反向电流的定义与测量及他们之间的相互关系（物理图像） 共基极和共发射极接法的雪崩击穿电压的定义及测量

发射结击穿电压 15、基区穿通效应 基区穿通电压的计算 基区穿通效应对BJT反向特性的影响 16、基极电阻 基极电阻的定义 基极电阻的主要组成 方块电阻的定义及其计算 17、大注入效应 稍微了解，基本同PN结 大注入效应对电流放大系数的影响 18、基区扩展效应 基区扩展（Kirk）效应的定义 基区扩展效应对电流放大系数的影响 19、基区输运系数与频率的关系 渡越时间的三个作用 基区输运系数的准确表达式（包括缓变基区） 20、四个主要时间常数 发射结势垒电容充放电时间常数（影响注入效率） 发射结扩散电容充放电时间常数（基区渡越时间，影响基区输运系数） 集电结耗尽区延迟时间 集电结势垒电容经集电区充放电的时间常数 理解定义及物理意义 21、晶体管电流放大系数与频率的关系 共基极和共发射极高频小信号下短路电流放大系数及其截止频率 截止频率的定义 22、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量 23、高频小信号电流电压方程 共基极和共射极高频小信号下的电流电压方程，理解公式中各符号意义及其表达式小信号等效电路示意图 24、高频晶体管最大功率增益与最高震荡频率 最大功率增益的定义及计算 高频优值的定义及计算 最高震荡频率的定义及计算 理解的基础上记住公式为主，不要求推导 25、影响特征频率与功率增益的因素 对高频晶体管结构的基本要求：浅结、细线条、无源基区重掺杂、N+沉底上生长N-外延层 第三部分的知识点比较繁多而且是考试重点，在理解内容的基础上多总结，对比各个知识点总结出规律，得出相关结论。

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

半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总

半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发 生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因 有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简答题 1、发射区重掺杂效应及其原因。 答：发射区掺杂浓度过重时会引起发射区重掺杂效应，即过分加重发射区掺杂不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降。 原因：发射区禁带宽度变窄和俄歇复合效应增强

半导体光电效应及其应用

半导体光电效应及其应用 量子力学无疑是20世纪最伟大的科学成就之一，它的诞生是人类对自然界，尤其对微观世界的认识有了质的飞跃，对许多造福人类的高新技术的发展起了奠基、催生和巨大的推动作用。 自20世纪中期开始，电子工业取得了长足的进步，目前已成为世界上最大的产业，而其基础为半导体材料。为了适应电子工业的巨大需求，从第一代半导体材料：硅、锗（1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原氟化硅得到了单质硅。）发展到第二代半导体材料：Ⅲ——Ⅴ族化合物，再到现在的第三代半导体材料：宽带隙半导体。半导体领域取得了突飞猛进的发展。 一、光电效应 光照射到某些物质上，引起物质的电性 质发生变化，也就是光能量转换成电能。这 类光致电变的现象被人们统称为光电效应 （Photoelectric effect）。这一现象是 1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论 时偶然发现的。1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，物体在光的照射下光电子飞到物体外部的现象，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，物体受光照射后，其内部的原子释放出电子并不溢出物体表面，而是仍留在内部，称为内光电效应。内、外光电效应在光电器件和光电子技术中具有重要的作用，根据这些效应可制成不同的光电转换器件（光敏器件）。 通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律： 1、每一种金属在产生光电效应是都存在一极限频率（或称截止频率），即照射光的频率不能低于某一临界值。相应的波长被称做极限波长

半导体器件附答案

第一章、半导体器件（附答案） 一、选择题 1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________ A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________ A. B. C. 3．稳压管的稳压是其工作在 ________ A. 正向导通 B. 反向截止 C. 反向击穿区 4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________ A. 结型场效应管 B. 增强型 MOS 管 C. 耗尽型 MOS 管 5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________ A. 多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子 6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____ A. 增加 B. 减少 C. 不变 7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻，两次测 量结果 ______ A. 相同 B. 第一次测量植比第二次大 C. 第一次测量植比第二次小 8．面接触型二极管适用于 ____ A. 高频检波电路 B. 工频整流电路 9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____ A. 2CZ11 B. 2CP10 C. 2CW11 D.2AP6 10．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=。若其他参数不变，当温度上 升到40℃，则D U 的大小将 ____ A. 等于 0.7V B. 大于 0.7V C. 小于 0.7V 11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A. 两种 B. 三种 C. 四种 12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态，由此可知输 出电压O U 为 _____ A. 6V B. 7V C. 0V D. 1V

第1章 半导体器件习题及答案教学总结

第1章半导体器件习题及答案

第1章半导体器件 一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错) 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（） 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（） 3、在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。（） 4、P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） 5、N型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（） 6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（） 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。（） 12、由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。（） 13、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。（） 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。（） 16、有人测得某晶体管的U BE=0.7V，I B=20μA，因此推算出 r be=U BE/I B=0.7V/20μA=35kΩ。（） 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢1

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 17、有人测得晶体管在U BE =0.6V ，I B =5μA ，因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =5.2kΩ。（ ） 18、有人测得当U BE =0.6V ，I B =10μA 。考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到 0.6060()100 BE be B U r k I ?-===Ω?- （ ） 二、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3、半导体中的载流子为_________。 A.电子 B.空穴 C.正离子 D.电子和空穴 4、N 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 5、P 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 6、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 ，而少数载流子的浓度则与 有 很大关系。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 C. 晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。当PN 结外加反向电压 时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。 A.大于 B.小于 C.等于 D.变宽 E.变窄 F.不变 8、二极管正向电压从0.7V 增大15%时，流过的电流增大_______。（A 1．15% B 1．大于

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.

半导体光电探测器的新进展

半导体光电探测器的新进展 摘要 半导体光电探测是半导体光电子学的重要部分，半导体光电探测器在光纤通信，红外遥感等领域有广泛的应用。本文介绍了几种最新的半导体光电探测器结构，旨在探讨国内外当前半导体光电探测器的研究现状及发展趋势。 关键词：光电探测器，位敏探测器，红外探测器 Abstract Semiconductor photoelectric detection is an important part of the semiconductor optoelectronics, semiconductor photodetectorare widely used in the field of optical fiber communications, infrared remote sensing. This article describes several new semiconductor photodetector structure, aims to explore the current status and development trends of the semiconductor photodetector. Keywords: Photodetector , Position sensitive detector, Infrared detectors 一、引言 半导体光电探测器是利用半导体材料的光电效应来接收和探测光信号的器件，它通过吸收光子产生电子-空穴对，从而在外电路产生与入射光强度成正比的光电流以方便测量入射光。半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其他半导体器件集成，是光源的最理想探测器，可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。随着现代科学技术的发展，特别是光电子技术的发展，现代武器装备的精度和性能有了很大的提高，使现代战争具备了新的特点。半导体光电探测器是军用光电子设备和系统的关键器件，已广泛用于军事领域。军用光电子设备是指利用半导体光电探测器探测、变换、传输、存储、处理光和辐射的各种军事装置，半导体光电探测器技术在军事上的应用，大大扩展了作战的时域、空域和频域，影响和改变了传统的作战方式和效率，并在许多方面提高了武器的威力、作战指挥、战场管理能力。半导体光电探测器器件在新型武器系统中起着不可替代的作用。 目前，半导体光电探测器已有很大进展，这将大大提高军用光电子装备的性能和竞争力。在军事领域中，最为广泛应用的半导体光电探测器是光电探测器（PD）、位敏探测器（PSD)和红外探测器。 二、光电探测器最新进展 近年来光电探测器的研究引起人们的重视，在标准CMOS工艺下的Si光电探测器的发展更是取得了瞩目的结果。2005是CMOS发表的量较大的时期，同时在这一阶段的光电探测器的发展也呈现逐年上升趋势，光电探测器的的应用范围也在逐步的扩大，为我们以后的研究开发奠定了一定的发展空间。在现在这个注重创新与节能的时代，光电探测器的有着不可替代的作用，在工业及军事等各个领域都有着广阔的发展前景。 2.1硅基光电探测器]1[

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.