当前位置：文档之家 › 半导体器件原理 第七章

半导体器件原理 第七章

  • 格式：ppt
  • 大小：3.94 MB
  • 文档页数：95

下载文档原格式

  / 95

合集下载

第七章 半导体器件

第七章 半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN结、 二极管结构特性、三极管结构特性及场效 应管结构特性。
1
7 .1 半导体（Semiconductor）导电特性
根据导电性质把物质分为导体、绝 缘体、半导体三大类。 而半导体又分为本征半导体、杂质
（掺杂）半导体两种。
2
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时， 它的导电能力明显变化。
43
半导体 PN结
二极管
稳压二极管
7.2.2 PN 结的单向导电性
空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 1. PN结 外加正向电压时处于导通状态 较大的正向电流。
电子—空穴对，同时存在电子—空穴对
的复合 。
电子浓度 = 空穴浓度
ni = pi
7
7 .1 .2 杂质半导体
在本征半导体中掺入少量的其他特定元 素（称为杂质）而形成的半导体。
常用的杂质元素
三价的硼、铝、铟、镓 五价的砷、磷、锑
通过控制掺入的杂质元素的种类和数量来制
成各种各样的半导体器件。 杂质半导体分为：N型半导体和P型半导体。
电压UBR
U(V)
死区电压，硅管约 0.5V,锗管约0.1V (μA)
反向饱和漏电流
23
7.3.2 二极管的特性方程
二极管两端所加电压U与流过的 电流 I 的关系为：
I U
I I S (e
IS ：反向饱和电流
U
UT
1)
UT ：温度电压当量，在常温(300 K)下，UT 26 mV
24
7.3.2 二极管的特性方程
应根据不同情况选择不同的等效电路！

半导体物理与器件-第七章 pn结

半导体物理与器件-第七章 pn结

7.1 pn结的基本结构
冶金结:P区和n区的交界面
突变结 突变结-均匀分布，交界处突变
5
7.1 pn结的基本结构
PN结的形成
Space charge region
空间电荷区＝耗尽区（没有可自由移动的净电荷，高阻区）
6
pn结的形成
Байду номын сангаас.2 零 偏
pn结能带图
7.2.1内建电势差
当两块半导体结合成pn结时，按费米能级的意义，电子将 从费米能级高的n区向费米能级低的p区，空穴则从p区流向n区 ，因而FFn不断下移，且EFp不断上移，直至时FFn = EFp为止；这 时pn结中有统一的费米能级EF，pn结处于热平衡状态。
4、对单边突变结，空间电荷区的宽度W取决于轻掺杂一侧杂质的浓度。
7.2零偏
7.2.3空间电荷区宽度
7.3 反 偏
7.3.1空间电荷区宽度与电场
反偏
与内建电场方向相同
外加偏置电压VR（以P端相对于N端电压为定义方向) 正偏：P端接正；
反偏：P端接负。
EF不再统一
n
16
7.3反偏
V=Vbi+VR
第7章 pn结
本章内容
第7章 pn结 7．1 pn结的基本结构 7．2零偏 7．3反偏 *7．4非均匀掺杂pn结 7．5小结
2
引言
PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属－半导体接触器 件外，所有结型器件都由PN结构成。PN结本身也是一种器件－整 流器。PN结含有丰富的物理知识，掌握PN结的物理原理是学习其 它半导体器件器件物理的基础。正因为如此， PN结一章在半导 体器件物理课的64学时的教学中占有16学时，为总学时的四分之 一。

半导体物理 第七章 电荷转移器件 图文

半导体物理 第七章 电荷转移器件 图文
（图7-2b）。存储的电荷寻求更低的电势，因而当势阱移动时它们沿着 表面移动。 3. 注意在这种结构中需要3个电极，以便于电荷存储，并且使转移只沿着一 个方向。这三个电极看成是器件的一个级或单元，称为三相CCD。
国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第七章 电荷转移器件
§7.1 电荷转移
❖ 小结：
体表面形成由电离受主构成的负的空间电荷区。空间电荷区为耗
尽层。由于不是处于热平衡状态，耗尽层不受热平衡时的最大厚
度的限制，而直接由栅压VG的大小来决定。这时表面势也不受形 成强反型层时ψs=2φf的限制，也直接由VG 的大小来决定。在深 耗尽状态，耗尽层厚度Xd>Xdm，表面势ψs>2φf ，所以称之为深 耗尽状态。
CTD的核心是MOS电容的有序阵列(arrays)加上输 入与输出部分。在栅电极加上时钟脉冲电压时，在 半导体表面就形成了能存储少数载流子的势阱。用 光或电注入的方法把代表信号的少数载流子注入势 阱中。通过时钟脉冲的有规律变化，使势阱的深度 发生相应的变化，从而使注入势阱中的少数载流子 在半导体表面内作定向运动，再通过对少数载流子 的收集和再生得到信号的输出。
国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第七章 电荷转移器件
§7.1 电荷转移
二、电荷耦合器件——CCD
图7-2 三相CCD动作， p+扩散用来限制沟道 1. 若在图7-2a中，电极2偏置在10V，比它附近两个电极的偏置电压(5V)高，
这样就建立了用虚线描绘的势阱，电荷存储在这个电极下边。 2. 现在让电极3偏置在15V，在电极3下边于是就建立起一个更深的势阱
第七章 电荷转移器件
Charge-Transfer Devices—CTD

第七章 半导体存储器

第七章 半导体存储器

三、知识点
1、重点掌握的知识点 （1）各种ROM的电路结构和工作原理； （2）SRAM的的电路结构和工作原理；
（3）存储器容量的扩展方法；
（4）用存储器实现组合逻辑函数的方法。 2、一般掌握的知识点
（1）各种ROM存储单元的特点； （2）SRAM的静态存储单元。
7.1 概述
半导体存储器是一种能存储大量二值信息的半导 体器件。 一、半导体存储器的一般结构形式 存储单元数目庞大，输入/输出引脚数目有限。
译成某一条字线有效，从存储矩阵中选中一行存储单元；
列地址译码器将输入地址代码的其余若干位(Ai+1~An-1)译 成某一根输出线有效，从字线选中的一行存储单元中再 选一位(或n位)，使这些被选中的单元与读/写电路和 I/O(输入/输出端)接通，以便对这些单元进行读/写操作。
读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控 制。CS′称为片选信号，当CS′=0时，RAM工作， CS′=1时，所有I/O端均为高阻状态，不能对RAM 进行读/写操作。
11A7 ~ A0 768 ~ 1023
256 ~ 511
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
ROM广泛应用于计算机、电子仪器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电子测量设备和数
控电路，其具体应用有专门的教材进行论述，这里仅介绍用
ROM在数字逻辑电路中的应用。 分析ROM的工作原理可知，ROM中的地址译码器可产
生地址变量的全部最小项，能够实现地址变量的与运算，即
A0~An-1
D0
W0
W2n-1
Dm
地
A1
址
A0 D3
数
D2
据
D1 D0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1

第七章_半导体工艺

第七章_半导体工艺
第七章 半导体工艺介绍
参考书： 参考书：半导体制造技术 韩郑生 等译 Semiconductor Manufacturing Technolgy [美] Micheal Quirk Julian Serda 著
1
半导体产业介绍
ห้องสมุดไป่ตู้
• 概述 微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管 40年代末的第一只晶体管 合金管） 微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管） 问世， 50年代中期出现了硅平面工艺 年代中期出现了硅平面工艺， 问世 ， 50 年代中期出现了硅平面工艺 ， 此工艺不 仅成为硅晶体管的基本制造工艺， 仅成为硅晶体管的基本制造工艺 ， 也使得将多个 分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为 可能，随着制造工艺水平的不断成熟， 可能 ， 随着制造工艺水平的不断成熟 ， 使微电子 从单只晶体管发展到今天的ULSI ULSI。 从单只晶体管发展到今天的ULSI。 回顾发展历史， 回顾发展历史 ， 微电子技术的发展不外乎包括 两个方面：制造工艺和电路设计， 两个方面 ： 制造工艺和电路设计 ， 而这两个又是 相互相成，互相促进，共同发展。 相互相成，互相促进，共同发展。
• 特征尺寸的减小和电路密度的提高产生的结果是： 特征尺寸的减小和电路密度的提高产生的结果是： • 信号传输距离的缩短和电路速度的提高，芯片或电 信号传输距离的缩短和电路速度的提高， 路功耗更小。 路功耗更小。
1.5 半导体工业的构成
• 半导体工业包括材料供应、电路设计、芯片制造和 半导体工业包括材料供应、电路设计、 半导体工业设备及化学品供应五大块。 半导体工业设备及化学品供应五大块。 • 目前有三类企业：一种是集设计、制造、封装和市 目前有三类企业：一种是集设计、制造、 场销售为一体的公司； 场销售为一体的公司；另一类是做设计和销售的公 他们是从芯片生产厂家购买芯片； 司，他们是从芯片生产厂家购买芯片；还有一种是 芯片生产工厂， 芯片生产工厂，他们可以为顾客生产多种类型的芯 片。

第七章霍尔

第七章霍尔

第二节
霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大 类。
一、线性型集成电路----是将霍尔元件和恒流源、 线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏特 级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型 霍尔器件如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
霍尔线性集成传感器的输出电压与 外加磁场呈线性比例关系。
• 1.霍尔元件的温度误差及其补偿 • 霍尔元件-------由半导体材料制成 • 一般半导体材料的电阻率、迁移率和载流 子浓度等都随温度而变化 • 霍尔元件的性能参数如输入和输出电阻、 霍尔系数等也随温度而变化，致使霍尔电 势变化，产生温度误差 • 为了减小温度误差，除选用温度系数较小 的材料如砷化铟外，还可以采用适当的补 偿电路。
五.霍尔元件的应用电路
• 基本电路
图7-5 恒流工作的霍尔传感器
图7-6 恒压工作的霍尔传感器
图7-8
三个运算放大器的放大电路
六.霍尔式传感器特点
• 霍尔式传感器结构简单，体积小，坚固， 频率响应宽（从直流到微波），动态范围 （输出电动势的变化）大，无触点，使用 寿命长，可靠性高，易于微型化和集成电 路化 • 但温度影响大，要求转换精度较高时必须 进行温度补偿
(1)采用恒流源供电和输入回路并联电阻
• 温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在 稳压源供电时，使控制电流变化，带来误 差。为了减小这种误差，最好采用恒流源 （稳定度±0.1％）提供控制电流。但元件 的灵敏度系数kH也是温度的函数，因此采 用恒流源后仍有温度误差。为了进一步提 高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数 的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻R, 当温度升高时 R自动分流
霍尔元件在电流测量上的应用

半导体物理学刘恩科第七版 第七章 金半接触


2. 对于相同的势垒高度，肖特基势垒二极管有的JsD或 JsT比Js大得多。 肖特基势垒二极管正向导通电亚较低，约0.3V左右
3.肖特基势垒二极管的应用 应用于高速集成电路、微波技术中， 如Si TTL电路，雪崩二极管，肖特基势垒栅场效 应晶体管等。
7. 3 少数载流子的注入和欧姆接触
实际中，少数载流子的影响也比较显著。 对n阻挡层，体内电子为n0, 界面处电子浓度
半导体中， 使内部电子从半导体逸出 成为自由电子所需要的最小能量为：
Ws为半导体的功函数
表示半导体导带底的电子逸出体外 需要的最小能量。
Ws=+Ec-EF= + En
若一块金属和一块n型半导体，具有共同的真空静止能级， 且（金属功函数）Wm>Ws （半导体功函数）。
接触前：
接触后：
特征：
特征：1)接触后，半导体中
)d x
qns qV A T exp( ) exp( ) k0T k0T
* 2
A* (
h
3
)
A*称为有效理查逊常数，热电子向真空中发射 A*=120A/(cm2K)
J s m A*T 2 exp(
qns qV ) exp( ) k0T k0T
由于从金属到半导体的势垒高度不随外加电压变化， 从金属到半导体的电子流Jms为一常数。 应与热平衡下(V=0)时的Jsm相等。
qV J J sD exp( 1) k0T J sD qV [ (VD V )]exp( ) r 0 k0T qV J J sD exp( ) k0T 2qND
V>0, qV>>k0T
V<0, qV >>k0T
J J sD

半导体物理与器件第四版课后答案第七章

17
or
x p 0.0213 10 4 cm 0.0213 m
We have
max
19
eN d x n s
15 4

1.6 10 5 10 0.426 10 11.7 8.85 10
14
or
max 3.29 10 4 V/cm


7.4 (a) n-side
Nd E F E Fi kT ln n i

5 1015 1017
1 17 10 5 1015

1/ 2
5 1015 0.0259 ln 1.5 1010 or E F E Fi 0.3294 eV p-side Na E Fi E F kT ln n i 10 0.0259 ln 1.5 1010 or E Fi E F 0.4070 eV (b) Vbi 0.3294 0.4070 or Vbi 0.7364 V (c)
(a) N d 1014 cm 3 , N a 1017 cm 3 ' Si: Vbi 0.635 V Ge: Vbi 0.253 V GaAs: Vbi 1.10 V
; 1017 (c) Silicon (400 K),
n i 2.38 1012 cm 3
Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 4th edition Chapter 7 By D. A. Neamen Problem Solutions ______________________________________________________________________________________ For N a N d 1014 cm 3 ; Na Nd Vbi Vt ln n2 Vbi 0.2582 V i

半导体物理与器件第七章1

①空间电荷区内正负空间电荷区的宽度和该区的杂质浓度成反 比，即空间电荷区主要向杂质浓度低的一侧扩展。
②单边突变结的空间电荷区宽度随低掺杂一边的杂质浓度的增加而 下降，而且内建电势差主要分配在这一区域
当施加外电压时，可推广为：
W
(Vbi
V
)( 2s
e
)(
Na Nd Na Nd
)
7.3 PN结反偏特性
成结后：
电子由n型材料 向p型材料扩散
空穴由p型材料 向n型材料扩散
P区
N区
n区处留下带正 电的施主杂质
p区处留下带负 电的受主杂质
空间电荷区 内建电场
在pn结附近，n区一侧电离施
主形成正电荷区，P区一侧电离受
P
N
主形成负电荷区，两者统称为空 间电荷区，所带电荷为空间电荷
由于空间电荷区中的可动载流
dEFi dx
)
本征费米能级 EFi 与电子的附加电势能 -e(x) 变化一致，即：
dEFi e d(x) eE
dx
dx
则
Jn
nqn
E
1 q
( dEF dx
dEFi dx
)
Jn
nn
dEF dx
同理：
Jp
p p
dEF dx
以上两式说明通过pn结的电流密度与费米能级的变化
有关，对于平衡p-n结，Jn、Jp应均为零
E
子基本处于耗尽状态，因此空
成结后各电流成分：
间电荷区也称作耗尽区。
载流子扩散流：
(J p )扩
eDp
dp(x) dx
(Jn )扩
eDn
dn(x) dx
内建电场导致的漂移电流： (J p )漂 p(x)e p E

第七章半导体器件基础

1 m+2
Cj =
εε 0 S
d
=
C0 V 1 + V D
n
1 变容二极管指数： n = m+2
C ~ V特性
电路与电子学基础
m -13/7 -3/2 -1 0 1 2 3 4 n 7 2 1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 势垒电容 PN结类型 超突变结
Cj =
C0 V 1 + V D
电路与电子学基础
第七章 半导体器件基础
7.1 半导体的基本知识 7.2 半导体二极管 7.3 半导体三极管 7.4 晶体管的主要参数 7.5 场效应晶体管
电路与电子学基础
7.1 半导体的基本知识
• 电阻率介于10e-3∼10e8Ω.cm，可变化区间大， 电阻率介于10e- 10e8Ω.cm，可变化区间大， 10e 介于金属（10e-6Ω.cm～10e-3Ω.cm） 介于金属（10e-6Ω.cm～10e-3Ω.cm）和绝缘体 10e8Ω.cm～10e20Ω.cm） （10e8Ω.cm～10e20Ω.cm）之间 • 热敏性：纯净半导体负温度系数，掺杂半导体在 热敏性：纯净半导体负温度系数， 一定温度区域出现正温度系数 • 光敏性：具有光敏性，用适当波长的光照射后， 光敏性：具有光敏性，用适当波长的光照射后， 材料的电阻率会变化， 材料的电阻率会变化，即产生所谓光电导 • 掺杂性：半导体中存在着电子与+ +
多子扩散电流
电路与电子学基础
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄， 补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E 少子飘移 又失去多子，耗尽层宽， 又失去多子，耗尽层宽，E 多子扩散
内电场E
P型半导体 － － － － － － － － － － －
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料：非晶态薄膜，大面积化学气相沉积。 氢化：减少悬挂键，提高载流子迁移率。
E
导带
带隙 状态 迁移 典型值 率隙宽 1.7eV
Ec
氢化非晶硅
非晶硅状态密度与能量关系
Ev
价带 状态密度N(E)
非晶硅具有很高的光学吸收系数，大多数太阳光能在表面1 微米处被吸收。因此，太阳能电池只需要非常薄的一层非 晶硅。典型非晶硅太阳电池是一个pin器件。 h 热平衡时的能带图 Ec
7.1 半导体的光吸收
硅和砷化镓 可以完全吸 收可见光
光谱与波长和禁带宽度之间的关系
7.1.2 电子-空穴对的产生率
光能大于Eg时，光子能够被半导体吸收，从而产生电 子-空穴对
1、单位体积吸收的能量：
E( x) I ( x)
2、电子-空穴对的产生率：
I ( x)
单位体积
I ( x ) g' ( x ) h
7.3.3 p-i-n光电二极管

光电探测器中，探测器对随时间变化的光信号的响
应速度很重要，在空间耗尽层中产生的瞬时光电流
才是感兴趣的光电流，为增加光电探测器的灵敏 度，耗尽区的宽度应该做的比较宽。p-i-n光电二 极管就是为满足这个要求而设计的。

PIN光电二极管是最常用的光电二极管，其耗尽区 宽度可调制，优化量子效率和频率响应。
非晶硅被沉积 到一个光学透 明的铟锡氧化 层玻璃衬底上
玻璃
n
i

铟锡 氧化层
Ev EF Ec Ev EF
p
Voc
在本征区产生的过剩载流子在 电场作用下形成光电流
在光照射下，非晶硅PIN 太阳能电池的能带图
第七章：光器件
7.1 光学吸收 7.2 太阳能电池 7.3 光电探测器 7.4 光致发光和电致发光 7.5 发光二极管 7.6 激光二极管*
3、过剩载流子浓度：
n g' ( x) n
第七章：光器件
7.1 光学吸收 7.2 太阳能电池 7.3 光电探测器 7.4 光致发光和电致发光 7.5 发光二极管 7.6 激光二极管*
7.2 太阳能电池 pn结太阳能电池
太阳能电池是一种在pn结处没有施加电压的半导体 器件
即使施加0偏压，在空间电荷
光信号打在光电二极管上时，耗尽区会将由光产
生的电子-空穴对分离，有电流输出到外电路。
距离耗尽层边界不超过一个扩散长度的准中性区
中，产生的少子可以在足够长的时间内扩散到耗
尽区。然后被结电场扫到结的另一边。
光电二极管工作原理：光照反偏PN结，产生的光 生载流子被空间电荷区电场漂移形成反向电流。
（5）频率响应特性： 耗尽层宽度Wi,饱和漂移速度vsat=107m/s, 光生载流子渡越耗尽区的时间t=Wi/vsat 响应频率f =1/t =vsat/Wi
（a） 反偏PIN光电二极管 （b） 非均匀光子 吸收的几何形状

p-i-n光电二极管比普通pn结光电二极管的瞬时
光电流大很多，并具有优良的频率响应特性,在光
理想硅太阳能电池的转换效率：
砷化镓太阳能电池：
Si (max) 28%
实际硅太阳能电池的转换效率：
GaAs (max) 36%
Si 10% 15%
大的光学透镜可用来将太阳光集中到太阳能电池上，使光照 强度提高几百倍。短路电流随光照强度线性增加，开路电压 仅随光强呈对数增大。 注意： 串联电阻与光透过率是 转换效率 影响因素：串联电阻、表面反射 矛盾的 表面减反和纳米结构可 改进方法：聚光（增大短路电流） 以增强光吸收
7.3 光电探测器
光电探测器可以探测光子的存在； 把光学信号转换成电信号的半导体器件； 当过剩电子和空穴在半导体中产生时，材料的 导电率就会增加； 导电率的变化是光电探测器的基础。

7.3.1 光电导体
两端具有欧姆接触 平衡电导率： 的半导体材料 0 e( nn0 p p0 ) h 非平衡电导率（半导体内产生 V 过剩载流子）： e[n (n0 n) p ( p0 p)]
时间
h
收集
V
产生
p p I L eGL t (1 ) AL n n
光电导增益：
收集
p 电荷收集速率与电荷 p IL ph (1 ) 产生速率的比值 eGL AL t n n
7.3.2 光电二极管
工作于反向偏置下的pn结或金属-半导体接触
光电二极管把光信号转换成了电信号。反向的光
电流的大小与入射光的强度和波长有关。光电二
极管用于探测光信号。
光电二极管的I-V特性
说明：光电流的方向是反偏方向，它比pn结二极
管的反向饱和电流大几个数量级
pn结光电二极管光谱响应特性和频率响应特性
频率响应在几十MHz的范围内，因为扩散是相对较 慢的过程。
光子的波长和能量具有如下关系：

hc hc 1.24 m h E E
c

几种可能的光电半导体的作用机理：
光子和晶格作用，将能量转换为焦耳热；
光子与杂质、施主或者受主作用；
与半导体内部缺陷作用； 最容易与价电子作用，释放出的能量足够将电
子激发到导带。这样就产生了电子-空穴对，形 成过剩载流子浓度。
7.1.1 光子吸收系数

当一定波长的光照射半 导体时，若 h >Eg则 价带电子吸收光子跃迁 到导带。这种电子由带 与带之间的跃迁所形成 的吸收过程，称为本征 吸收。 本征吸收发生的条件：
h

c hν hυ0 h Eg λ0
7.1 半导体的光吸收
即：光子的频率下限 当
0
区也存在电场。入射光照射 能够在空间电荷区产生电子空穴对，它们将被扫到结两
带有负载的pn结太阳能电池
边，形成相反方向的光电流
IL。
P-N结的光生伏特效应
P-N 结光生伏特效应就是半导体吸收光能后在 P-N 结上 产生光生电动势的效应。光生伏特效应涉及到以下三个主 要的物理过程：
一．半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子—空穴对； 二．非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区的扩散和
异质结太阳能电池
异质结由两种不同禁带宽度的半导体形成 热平衡时pn异质结能带图
Ec
h
E g1
Ev
p AlGaAs
Eg 2
Voc
EF
p GaAs
n GaAs
优点：双能隙，光谱范围宽，转换效率高
7.2.4 非晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池很昂贵，且直径限制在6英才左右。一般 太阳能电池供电系统需要一个大面积的电池组。
串联电阻与复合电流—影响电池效率的因素
串联电阻与结的深 度，掺杂浓 度，欧姆接触等有关。
具有串联电阻的太阳电池的电流 电压特性与等效电路



提高太阳电池的转换效率的因素： 最大功率考虑：选用合适Eg的半导体材料； 光谱考虑； 串联电阻与分流电阻的考虑：采用栅格接触形式， 这种结构能够有大的曝光面积，而同时又使串联电 阻保持合理的数值； 表面反射考虑：采用抗反射层； 聚光考虑：聚光是用聚光器面积代替许多太阳能电 池的面积，从而降低太阳能电池造价，它的另一个 优点是增加效率。
漂移运动；
三．非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运
动而分离。这种非均匀势场可以是结的空间电荷区， 也可以是金属 — 半导体的肖特基势垒或异质结势垒 等。
PN 结为例，分析光电转换的物理过程
光生电流的方向相当于普通二级管 a 无光照平衡PN结 反向电流方向。 b 光照PN结开路状态 光照使PN结势垒降低，等效于PN c 光照PN结短路状态 结外加正向偏压，同样能引起P区空 d 光照PN结有串联电阻 穴和N区电子向对方的扩散，形成正 向注入电流。此电流与光生电流相反， 对电池不利，应使之减小。

把电能转换为光能
第七章：光器件
7.1 光学吸收 7.2 太阳能电池 7.3 光电探测器 7.4 光致发光和电致发光 7.5 发光二极管 7.6 激光二极管*
7.1 光学吸收

光具有波粒二象性，表明光波能被看成粒子，即光 子。
E h
Hale Waihona Puke 能量频率E Pc
动量

c

Ph
1
波长

本征区
p-i-n 光电二极管的截面图
p-i-n 光电二极管反偏状态下的 能带图和光子产生过程
（1）顶部的p+区很薄，使光吸收最小 （2）i区掺杂很小，宽度经过特殊设计，以获 得所需 要的特征响应。如宽度等于待测波长的吸收 系数 的倒数，就能在这一波长下获得最大响应 （3）p+,n+区的耗尽层宽度基本可忽略，i层是全耗尽 的。大部分的光生载流子是由中间耗尽区产生的 载流子组成。 （4）i区掺杂很低，电场可近似看作参数，电势和电势 能是位置的线性函数。
L
光电导率（电导率的变化量）：
0 e(n p )p
光电电流：
面积A
I L J L A E A e( n p )GL p AE
7.3.1 光电导体
光电电流： I L e(n p )GL p AE L 电子 漂移 t n E n
x
两种不同吸收系数的 光强度与距离关系
半导体的吸收系数是 光能和禁带宽度的函 数。 几种不同波长的半导体 材料的吸收系数与波 长的关系。 若hυ>Eg，或 λ<1.24/Eg，则吸收 系数上升很快。 若hυ<Eg ，则吸收 系数很小。

7.1.1 光子吸收系数
不同半导体材料的吸收限：
Si Ge GaAs CdS