光电子材料与器件

光电子材料器件在通信中的应用

石恒志2016022413

摘要：光纤通信技术发展的阶段性飞跃总是伴随新型光电材料和功能器件的突破。文章介绍了光纤、激光器及光放大器等光电子器件在光纤通信的产生、发展中的关键作用,分析了现代光纤几种典型的光电子器件的基本原理、工作特性以及发展现状和趋势，并在回顾传统集成光电子器件发展的同时，展望了以新一代

微纳结构光电子器件为基础的光子集成技术的发展趋势。

关键词：光纤通信；光电子器件；趋势

1引言

没有光纤作为实用的传输介质,就没有光通信转向光纤通信的发展阶段;没有激光器、光纤和相关的光电子器件及技术的更新换代,就没有宽带宽、大容量、长距离光纤通信系统的产生和发展;EDFA带来了光纤通信的新面貌,解决了多通道的光中继放大,解决了光孤子的能量损耗等问题,从而支撑着更大容量、更高速率、更长距离的光纤通信[1]。因此,光通信的产生、发展离不开光电子器件,有了光电子、微电子技术和器件的创新,才能有光纤通信的创新发展。

光纤通信系统主要是由光发送、光传输和光接收三部分组成(图1)。光发送器中有光源、驱动器和调制器，它的功能是将要传输的语音、视频、数据等信号通过电端机加到光源(或调制器 )上产生调制的光信号，并将其耦合到光纤中去；光传输部分主要由光纤(光缆 )和中继器组成，在短距离通信系统中，一般不需要中继器；由光纤传送来的光波信号入射到光接收部分，那里的光检测器将光信号接收、解调成电信号，然后进行电放大处理，还原成原来的信息。通过适当的接口设备，这样一个光传输单元可以和现有的数字或模拟通信系统、有线或无线通信系统互连。

图1 光纤通信系统示意图

我们看到，一个完整的光纤通信系统除了它的传输主体---光纤---之外，还必须有各种光学元件和光电子器件的支持。正是这些功能与技术不同的元器件的研制成功使得光纤通信系统发展到了今天的形态。光纤通信系统中的元器件大体可分为无源和有源两大类，光耦合器、光滤波器、光开关、光衰减器、光环形器和光隔离器等属于无源元器件，而光源、放大器、光检测器等属于有源器件[2, 3]。有源器件的工作原理都是

基于光与电的相互作用，它们是光电子器件的主体。本文将重介绍光纤

通信系统的几种主要的光电子器件。

2 半导体激光器

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式[4,

5]。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。

LED的基本结构如图2所示，目前主要采用双异质结结构，即有源层两侧的包层是宽带隙材料，同时又是低折射率材料，它不仅能够将注入有源区的载流子限制在一条形窄带内，有利于产生高的增益，还形成光波导，将大部分的光场限制在有源区内。正是这种结构对载流子和光场的双重限制作用，有效地降低了激光器的阈值，使得 LD的室温激射得以实现。

为了满足不断发展的光纤通信系统的需求，LD的特性也在逐步提高。下面介绍它几个重要的发展阶段。

2．1 量子阱半导体激光器

量子阱结构LD的有源区是由厚度为几个纳米的窄带隙材料(势阱区)和宽带隙材料(势垒区）交替构成(图3)，20世纪80年代发展起来的分子束外延（MBE)、金属有机化学气相沉积 (MOCVD)等新型晶体外延生长新工艺能够精确控制晶体生长厚度达到原子层的精度[6, 7]。势阱中的电子和空穴沿垂直阱壁方向的运动呈现量子化，电子的状态密度也变为类阶梯状。这时只需要很小的注入电流就可以达到粒子数反转。在此基础上发展起来的应变量子阱结构是通过在势阱和势垒的材料生长中引入微量的晶格失配量而产生的应力，进一步改善了量子阱中的电子状态密度。今天，量子阱结构，特别是应变量子阱结构，已被广泛应用于各种有源半导体器件中。这种人为改变电子的运动状态 (即能带结构 )以获得

所需器件性能的做法被称为是“能带工程”[8]。

图3 量子阱能带结构

2．2 分布反馈式半导体激光器

随着光纤通信的发展，特别是WDM技术的出现，对作为光源的LD 提出了新的挑战。WDM技术是在一根光纤上同时传输多个波长，为了增加传输信道，各路波长之间的间隔非常小，密集 WDM 的波长间隔通常在200GHz(1。6nm)以下。为了防止各个波长信号彼此之间的串扰，要求每个波长必须拥有非常窄的光谱线宽。这不仅要求光源的光谱线宽要窄，而且，要在 Gb／s的调制速率下保证单模工作的稳定性，即所谓的动态单模工作[9, 10]。普通结构的 F—P腔LD在电信号调制下容易光谱展宽，变成多纵模输出，已经不能满足 WDM 系统的要求，分布反馈式(distributed—feedback，DFB)LD 则应运而生。DFB—LD[图 6(a)]是由腔内沿纵向等间隔分布的布拉格光栅来实现光反馈。当有源区注入电流辐射发光时，光波受到有源层近旁光栅的反射，满足布拉格反射条件的特定模式 (波长)的光会受到强烈的反射，致使这个模式的谐振腔损耗明显降低，比其他模式更容易激射。正是由于这种布拉格光栅的选模作用，使可能激射的各个模式的阈值差别很大，使得 LD在高速调制的状态下仍能保持很好的动态单纵模特性。在光栅的中央引入 1/4波长相移或在共振腔的轴向形成增益的周期性分布(增益耦合)，能够进一步提高 DFB —LD的单纵模稳定性。与 F—P腔激光器相比，DFB—LD波长稳定性好，光谱线宽窄，是波分复用光网络的最好光源。

另一种类似结构的LD是布拉格分布反射式LD，如图6(b)所示，与DFB—LD的不同，它的光栅区是在有源区的两侧(或一侧)。由于这种结构的光栅和有源区是分开的，可以减小在制作时因晶格损伤而引起的腔内损耗，但是，需要解决好有源区于光栅区的接续工艺。DBR—LD的基本特性与 DFB—LD相似，但是，动态单模稳定性略逊于 DFB—LD。目前，DFB—LD还是 WDM光源的主流，DBR 结构则在波长可调谐半导体激光器中有应用的前景。

3 光调制器

信息从电信号加载到光波上要经过调制过程。调制的方式有两种，一种称为直接调制，即将调制信号直接加到 LD的驱动电流上，使得 LD 的输出光功率随着调制信号变化。这种调制方式简单灵活，器件的体积小、成本低，是城域网和接入网光源的最佳选择。直接调制的速率受到激光器本身响应速度的限制，目前 LD 的调制极限是10GHz。另外，由于直接调制会产生较大的波长啁啾，所以，不适合用在长距离的干线网上。另一种调制方式是间接调制，或称为外部调制。即调制电信号不作用于光源本身，另外有调制器对光源输出的光波进行调制。间接调制的方式有许多种，如电光调制，声光调制和磁光调制等，其中电光调制技术比较成熟。间接调制的优点是调制速度高，调制对光源本身的工作不产生影响，所以啁啾小。但器件较为复杂、成本高，仅在要求很高调制特性的情况下使用，例如，大容量、长距离的光纤干线系统等。下面介绍两种最常用的电光调制器。

3．1 Mach—Zehnder外部调制器Mach—Zehnder(M—Z)外部调制器的材料一般选用铌酸锂化合物(LiNbO )，也有采用半导体材料的。其工作原理为当光信号从A端输入后，由Y分歧波导一分为二，导入B 段和C段。在没有外加电压时，B 段和C段的入射光波的相位不发生变化，在 D段叠加后还原为最初的波形。如有外加电压，铌酸锂材料的折射率在外加电压下会发生变化，调整电压使得B段和C段的光波反相，这两部分的光叠加后相互抵消。于是，通过变化外加电压控制输出端的光输出，实现光强度的调制。这种结构的调制器响应速度快，目前 40Gb／s 的器件已经发展到了实用化的阶段。缺点是驱动电压高 (约 5V)、体积大(>10cm)、插入损耗高等，另外，它难于和LD光源集成。

3．2 电吸收外部调制器

即能保持直接调制的优点又没有啁啾的理想调制方式是将外部调制器与半导体激光器集成到一个芯片上。电吸收外部调制器 (eleclr abs0rption、EA)的出现实现了这一理想的调制方式。EA调制器的结构是以截止波长小于入射光波长的半导体材料形成的波导，它对入射光是透明的[11, 12]。在外加调制电压时，由于 Franz—Keldysh 效应导材料的带隙变窄，导致截止波长红移，波导材料对入射光信号产生吸收。于是，调制电压通过控制波导的吸收特性实现了对光波强度的调制。EA调制器所需的调制电压比 LiNbO的M—z 调制器要低得多，一般只要2V，它的最大优点是很容易与LD光源的半导体激光器集成，实际上速率 2。5Gb ／s的 EA集成 DFB光源已经有了成熟的产品，lOGb／s的产品也正在推向市场。虽然目前EA调制器达到的调制速率还不是很高，但它在集成能

力上的优势，使它成为最有前途的调制器，在WDM系统的应用中显示了巨大的发展潜力。

4光检测器

由于受激吸收仅仅发生在PN结附近，远离PN结的地方没有电场存在，因此就决定了PN光电二极管(PN Photodiode，PNPD)或PN光电检测器的光电变换效率非常低下及响应速度很慢。目前常用的半导体光电检测器有两种，PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。其中，PIN光电二极管响应频率高，可高达10GHZ，响应速度快，供电电压低，工作十分稳定。雪崩二极管灵敏度高，响应快，但雪崩二极管需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真。另外，70年代末还出现了MSM（金属-半导体-金属）光检测器。

5光放大器

放大器按其功能分为后置放大器，在线放大器，前置放大器三种。后置放大器也称为增强放大器，是用来放来自发送器的光信号，提高传输前光信号的功率使其传送距离加大；在线放大器是在光纤传输线路中间

补偿光信号的衰减；前置放大器则在接收器前对传输后的光信号进行放大。不同的功能对光放大器特性的要求是不同的。后置放大器要求产生最大的输出功率，前置放大器则要求高增益、良好的灵敏度和低噪声，而在线放大器希望的是在整个WDM波段上的稳定性、增益特性的相似性等等。

光放大器包括半导体光放大器、各种掺杂的光纤放大器,如EDFA、掺镨光纤放大器PDFA)、氟化物(flouride)掺铒光纤放大器(F-EDFA 等)及非线性(受激拉曼和受激布里

渊散射等)光纤放大器。

SOA由于采用了应变量子阱结构,其输出功率、小信号增益、增益的偏振灵敏度、噪声指数等性能均有大幅度的提高,而且通过改变半导体材料(In-GaAsP)的组分,可以在1300—1600nm的一个特定波长范围内获得信号增益,这些优点使其适用于光纤接入网FTTH等领域中;SOA的交叉相位调制（XPS)和交叉增益调制(XGM)及其四波混频(FWM)可实现波长转换,它是AON中实现波长路由、波长开关的关键器件;SOA的FWM还适用于超长距离光纤传输系统的色散补偿;利用SOA的非线性可实现光的再生、放大和整形,与非线性光纤环镜(NLOM)结合还可实现光时钟提取、解复用器和光开关等功能;另外SOA便于与其他半导体光电子器件集成,构成大容量光器件阵列等。因此,SOA类似于晶体管在电子系统中的地位,具有多方面、重要的作用,它必将广泛地应用于AON之中[13]。

光纤放大器的工作原理也是受

激辐射，通过光能抽运获得增益。抽运光的波长为 980nm或1480nm，抽运功率的典型值为lO--400mW。当抽

运激光耦合到掺铒光纤中，它所提供

的能量将激发铒离子去较高的能级，

信号光入射后则激发受激离子落回

到较低能级，并同时发出与信号光同样波长的光子辐射，从而实现信号光的放大。EDFA具有许多SOA所难以比拟的优良特性，例如增益与偏振方向无关、信道串扰低、带宽大、噪声低等[14, 15]。正因为如此，EDFA 成为光通信系统中的最佳放大器，可以说，它的应用弓I发了光纤通信发展史上的一场革命，使得 WDM光纤通信系统成为现实。

6 结束语

历史表明，光纤通信技术发展的阶段性飞跃总是伴随新型光电材料和功能器件的突破。2O世纪6O年代激光的问世导致新交叉学科一光电子学的迅速崛起；70年代异质结半导体激光器和光导纤维的突破为现代光通信奠定了基石；8O年代量子阱、动态单模LD和90年代 EDFA的出现又推动 WDM光通信技术的迅速发展。今天，对于以微纳结构为代表的新一代光电子器件的探索研究，必将推动未来光纤通信技术新的时代。

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《光电子器件》笔记

光电子器件第一章 1、光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率. 光谱响应率（R λ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。 ——其中Rm 为光谱响应率的最大值 ——光谱电压响应率和光谱电流响应率合并称为光谱响应率R λ（单位：A/W ）光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。 2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与光源的光谱匹配系数，它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。在光源固定的情况下,面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大, α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之,如果两曲线没有重合之处,α=0,即二者完全失配,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。 3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。 dP du R s u λλ=dP di R s i λλ=m R R R λλ=)( λR m R λ R(λ) 1.0 1.24i R λλ λη= 1 1 )(λP )(λP )(λ R )(λR 1A 2A λ 1 2A A =α

光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。 Pmin 越小，器件的探测能力越强。对Pmin 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率。研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。 4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0，入射到样品厚度为x 处的光强度为 I ，则： α为线吸收系数，单位为（1/cm ） α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。当厚度d=1/α时，称为吸收厚度，有64%的光被吸收。 5.本征吸收：价带中的电子吸收了能量足够大的光子后，受到激发，越过禁带，跃入导带，并在价带中留下一个空穴，形成了电子空穴对，这种跃迁过程所形成的光吸收称为本征吸收。本征吸收条件：光子的能量必须大于或等于禁带的宽度Eg 。 6. 内光电效应: 材料在吸收光子能量后，出现光生电子－空穴，由此引起电导率变化或电压、电流的现象，称之为内光电效应。光电导效应：当半导体材料受光照时，吸收光子引起载流子浓度增大，产生附加电导率使电导率增加，这个现象称为光电导效应。在外电场作用下就能得到电流的变化。光电导效应分为本征型和非本征型。 7.设本征半导体在没有光照时，电导率为 (称为暗电导率) 当有光注入时，半导体电导率：电导率的增量称为光电导率： 8. 增加载流子寿命：好处：增益提高，灵敏度提高，响应率提高。缺点：惰性增加，频率响应特性变差。所以增益和惰性不可兼得。 9. 影响光谱响应的两个主要因素：光电导材料对各波长辐射的吸收系数和截流子表面复合率。光电导光谱响应特点：都有一峰值，峰值一般靠近长波限（长波限约为峰值一半处所对应的波长）。 u n n s R u u u P P ==min x e I I α-=00σP n e p e n μ μσ000+=P n p p e n n e μμσ)()(00?++?+=0() n P e n p σσσμμ?=-=?+?

光电子技术的应用和发展前景

光电子技术的应用和发展前景姓名：曾倬学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术指导老师：黄晓莉

摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

目录（一）光电子与光电子产业概况（二）光电子的地位与作用（三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业（四）国际光电子领域的发展趋势（五）光电子的应用

（一），光电子及光电子产业概况光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一

光电子器件考试(DOC)

光电器件设计与制作科目：光电器件设计与制造任教老师：姓名：学号：学院：

1、光电导摄像管是如何将一幅光图像变为电信号传递出去的？答：可以把这个过程简单的分成三个步骤：下面是我画的简易的一个光电摄像管：步骤一：光学图形转化为电荷：由透明导电膜和光电导层组成了摄像管的靶面，光电导层一般都是通过工艺比如沉积法沉淀在透明导电膜上的。电源的工作电压VT 加在靶光电导体和电子束扫描枪，右端接地，即使没有光照也会在靶光电导体上面产生偏置电压。由于是半导体，所以电源光电导层透明导电膜电子枪 R R C 图二图一 VT 偏转线圈

我们将靶面看做是无数个单位小光电导体（也称像素单位）组成的如图二，当光照很强的时候，发生跃迁，导电的电子就会越多。传输到靶面的光学图形中各个地方的光照度是不相同的，所以不同部位参与导电的电子数目就不一样。这样就把图形转换成了电荷的分布。步骤二：电荷储存如图二，当R（小光电导）受到光照产生了步骤一里面的电荷，每个小的光电导体就会把自己产生的电荷储存在电容里面。步骤三：扫描提取存储的电荷越多，其相应的像素点的电位就会越高。电子枪发射电子束对靶面进行扫描，电子束在靠近靶面的时候受到偏转线圈的作用，强烈的减速，最后很缓慢的降落在靶面上，由于电子束带负电，使得靶面的电位近似稳定在0V，这时相当于使得各个像素点里面存储的电荷依次接地，就会得到各个相应的像素电位的时序电信号。最后把电信号传出去就行了。注：上面三个步骤是最基本的步骤，但是通常很多时候光电导摄像管会对电信号进行增强放大，放大的方式也有很多种，常常采用在电子枪上面加一个电子增益器，利用二次电子发射效应，将电流逐级倍增，这样就增加了我们所需要的信号的强度。综上，就完全完成了把光图像变为电信号了。 2、简述混合式红外成像器件与单片式红外成像器件的异同点和

光电子器件与技术

《光电子器件与技术》课程教学大纲 Photoelectron Apparatus and Techniques 课程代码：26105420 课程性质：专业方向理论课（选修）适用专业：电子信息科学与技术开课学期：6 总学时数：32 总学分数：2.0 修订年月：2006年6月执笔：张学习一、课程的性质和目的本课程为电子信息科学与技术专业的专业方向选修课，是以应用为主的工程技术基础类课程。其任务是掌握光电子器件的基本原理以及一些典型的光电子器件的工作方式，使学生系统地掌握光电子器件与技术的基本原理和基础知识，培养学生使用和分析光电子器件的能力。二、课程教学内容及学时分配（一）光控器件的基础 1、光电器件的物理基础； 2、激光信号调制的理论基础； 3、波导器件的理论基础和波导器件传光的基本理论。（二）电、磁光控器件 1、空间光调制器； 2、电光调制器； 3、磁光调制器和调制器件。（三）典型的声光控制器件 1、声光器件的控制作用； 2、声光控制器件的类型与参数； 3、声光器件的应用。（四）无源光波导控制器件 1、波导开关器件； 2、几何光学波导器件； 3、无源光波导调制器。（五）半导体激光器件 1、半导体激光器的特性与分类； 2、典型的半导体激光器和半导体激光器目前的发展方向与途径。（六）固体激光器 1、固体激光器的基本结构、关键技术； 2、新型固体激光器的应用。本章知识点为：固体激光器的基本结构，DPSSL的特性与关键技术。（七）高能激光器 1、高能激光器的特性； 2、高能化学激光器和自由电子激光器。（八）高速光电探测器件 1、光电二极管、分离探测器的应用； 2、多元探测器及其应用和发展。（九）电荷耦合固体成像器件 1、CCD电荷耦合器件的工作基本原理； 2、CCD器件的特性与应用。总学时：32，其中：理论学时32。具体分配参见下表：序号课程内容理论学时

光电材料与器件实验指导书

《光电材料与器件》实验指导书何宁编桂林电子科技大学信息与通信学院 2008年12月

实验一光电池及LED光源特性测试一．实验目的 1 理解光电池的光电转换机理及主要特性参数。 2 理解LED光源的电光转换机理、驱动方式及主要特性参数。 3 掌握两种器件的应用及参数的测试方法。二．实验内容 1 测量光电池的开路电压、短路电流和伏安特性。 2 测量LED光源的驱动特性及电光转换效率。三．实验原理光电池是由一个面积较大的PN结构成，它是一种直接将光能转换成电能的光电器件，这种器件是利用光生伏特效应，当光线照射到P-N结上时，就会在P-N结两端出现电动势（P区为正；N区为负），若负载接入PN结两端，光电池就有功率输出。光电池对不同的波长的光反映的灵敏度是不同的，按制作材料不同可分为硅光电池和硒光电池，光谱特性如图1所示。图1 光谱特性图2 光电特性图1中硅光电池的光谱响应范围是波长4000?——12000?，在波长为8000?时达到峰值，而硒光电池的峰值出现在5000 ?左右，波长的范围是3800——7500?，1埃=0.1nm。图2中硅光电池的开路电压与光照是一种非线性关系，当光照强度在200勒克斯时就趋向饱和。而短路电流在很大的范围内与光照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究，因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。需要说明的是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。实验时外负载电阻<15Ω时，就认为是短路电流，而>5.0K时，就认为是开路电压。经实验证明外负载越小线性度越好。不同颜色的光有不同的波长，因此光电池的光照频率也不同，光电池的频率特性是指输出电流随调制光的频率变化的关系，图3分别表示硅光电池与硒光电池的频率响应曲线，可见硅光电池有较好的频率特性，而硒光电池则较差。太阳能辐射能量主要集中在1.3-32um的波长范围，表面温度近6000K的太阳能辐射出的能量95%以上的部分分布在波长小于2um的光谱范围。而对于温度为几百K的物体其辐

光电子与微电子器件及集成重点专项2019年度项目申报

附件4 “光电子与微电子器件及集成”重点专项 2019年度项目申报指南为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》《2006—2020年国家信息化发展战略》提出的任务，国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项（以下简称“本重点专项”）。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2019年度项目申报指南。本重点专项的总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，支撑通信网络、高性能计算、物联网等应用领域的快速发展，满足国家发展战略需求。本重点专项按照硅基光子集成技术、混合光子集成技术、微波光子集成技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术6个创新链（技术方向），共部署49个重点研究任务。专项实施周期为5年（2018—2022年）。 2019年度项目申报指南在核心光电子芯片、光电子芯片共性支撑技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工 —1—

艺技术5个技术方向启动19个研究任务，拟安排国拨总经费概算6.75亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与专项经费总额比例不低于1：1。各研究任务要求以项目为单元整体组织申报，项目须覆盖所申报指南方向二级标题（例如：1.1）下的所有研究内容并实现对应的研究目标。除特殊说明外，拟支持项目数均为1~2项。指南任务方向“1.核心光电子芯片”和“2.光电子芯片共性支撑技术”所属任务的项目实施周期不超过3年；指南任务方向“3.集成电路与系统芯片”、“4.集成电路设计方法学”和“5.器件与工艺技术”所属任务的项目实施周期为4年。基础研究类项目，下设课题数不超过4个，参研单位总数不超过6个；共性关键技术类和应用示范类项目，下设课题数不超过5个，参与单位总数不超过10个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。指南中“拟支持项目数为1~2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评分评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。建立动态调整机制，第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1.核心光电子芯片 1.1多层交叉结构的光子集成芯片（基础研究类）研究内容：聚焦基于硅基多维度交叉结构的光子集成芯片，—2—

常用光电子器件介绍

主要光电子器件介绍【内容摘要】光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，本文从几种常见的光电子器件的介绍来展示光纤通信技术的发展。【关键词】光纤通信光电子器件【正文】光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。从宏观上来看，光纤通信主要包括光纤光缆、光电子器件及光通信系统设备等三个部分，本文主要介绍几种常见的光电子器件。 1、光有源器件 1)光检测器常见的光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。目前的光检测器基本能满足了光纤传输的要求，在实际的光接收机中，光纤传来的信号及其微弱，有时只有1mW左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。光电检测器工作时，电信号完全不延迟是不可能的，但是必须限制在一个范围之内，否则光电检测器将不能工作。随着光纤通信系统的传输速率不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。由于光电检测器是在极其微弱的信号条件下工作的，而且它又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信噪比降低，影响重现原来的信号。因此，光电检测器的噪声要求很小。另外，要求检测器的主要性能尽可能不受或者少受外界温度变化和环境变化的影响。 2)光放大器光放大器的出现使得我们可以省去传统的长途光纤传输系统中不可缺少的光－电－光的转换过程，使得电路变得比较简单，可靠性也变高。早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但是真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里－泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。另一方面，随着光纤技术的发展，出现了光纤拉曼放大器。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，应用于越洋的长途光通信系统中。目前能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺饵光纤放大器（EDFA）倍受青睐。1985年英国南安普顿大学首次研制成掺饵光纤，1989年以后掺饵光纤放大器的研究工作不断取得重大

石墨烯在光电子器件中的应用

石墨烯在光电子器件中的应用摘要：石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱，以及极强的非线性光学特性。且因其卓越的光学与电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，石墨烯受到了各领域学科的高度关注。本文重点综述了石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器、表面等离子体等光电子器件领域的应用研究进展，并对其未来发展趋势进行了进一步的分析。关键字：石墨烯;光调制器;光探测器;超快脉冲激光器;表面等离子体; 1、前言石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有独特的零带隙能带结构，是一种半金属薄膜材料。石墨烯不仅有特殊的二维平面结构，还有着优良的力学、热学、电学、光学性质。其机械强度很大，断裂强度比优质的钢材还要高，同时又具备良好的弹性、高效的导热性以及超强的导电性。石墨烯又是一种禁带宽度几乎为零的特殊材料，其电子迁移速率达到了1/300光速。由于石墨烯几乎是透明的，因此光的透过率可高97.7%。此外，石墨烯的加工制备可与现有的半导体CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor transistor)工艺兼容，器件的构筑、加工、集成简单易行，在新型光电器件的应用方面具有得天独厚的优势。目前，人们已利用石墨烯开发出一系列新型光电器件，并显示出优异的性能和良好的应用前景。 2、石墨烯的基本性质石墨烯具有独特的二维结构，并且能分解为零维富勒烯，也可以卷曲成一维碳纳米管，或堆积成为三维石墨。石墨烯力学性质高度稳定，碳原子连接比较柔韧，当施加外力时，碳原子面就会发生弯曲形变。在理想的自由状态下，单层石墨烯并非完美的平面结构，表面不完全平整，在薄膜边缘处出现明显的波纹状褶皱，而在薄膜内部褶皱并不显，多层石墨烯边缘处的起伏幅度要比单层石墨烯稍小。这也说明了石墨烯在受到拉伸、弯曲等外力作用时仍能保持高效的力学稳定性。在一定能量范围内,石墨烯中的电子能量与动量呈线性关系，所以电子可视为无质量的相对论粒子即狄拉克费米子。通过化学掺杂或电学调控的手段，可以有效地调节石墨烯的化学势，使得石墨烯的光学透过性由“介质态”向“金属态”转变。石墨烯的功函数与铝的功函数相近，约为4.3eV，因此在有机光电器件中有望取代铝来做透明电极。近年来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，证实了石墨烯是未来纳米光电器件领域极有前景的材料。 3、基于石墨烯的光调制器 3.1 直波导结构石墨烯光调制器光学调制是改变光的一个或多个特征参数，并通过外界各种能量形式实现编码光学信号的过程。对光学调制器件的评价有调制带宽、调制深度、插入损耗、比特能耗以及器件尺寸等性能指标。大多数情况下，光在

光电子材料与器件课后习题答案

3.在未加偏置电压的条件下，由于截流子的扩散运动，p 区和n 区之间的pn 结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在pn 结附近，由于没有电子和空穴，无法通过电子-空穴对的复合产生光辐射。加上正向偏置电压，驱动电流通过器件时，p 区空穴向n 区扩散，在pn 结附近形成电子和空穴同时存在的区域。电子和空穴在该区通过辐射复合，并辐射能量约为Eg 的光子，复合掉的电子和空穴由外电路产生的电流补充。 5要满足以下条件a 满足粒子数反转条件，即半导体材料的导带与价带的准费米能级之差不小于禁带宽度即B.满足阈值条件，半导体由于粒子数产生的增益需要能够补偿工作物质的吸收、散射造成的损耗，以及谐振腔两个反射面上的透射、衍射等原因产生的损耗。即第二章课后习题 1、工作物质、谐振腔、泵浦源 2、粒子数反转分布 5a.激光介质选择b.泵浦方式选择c 、冷却方式选择d 、腔结构的选择e 、模式的选择f 、整体结构的选择第三章课后习题 10.要求：对正向入射光的插入损耗值越小越好，对反向反射光的隔离度值越大越好。原理：这种光隔离器是由起偏器与检偏器以及旋转在它们之间的法拉第旋转器组成。起偏器将输入光起偏在一定方向，当偏振光通过法拉第旋转器后其偏振方向将被旋转45度。检偏器偏振方向正好与起偏器成45度，因而由法拉第旋转器出射的光很容易通过它。当反射光回到隔离器时，首先经过起偏器的光是偏振方向与之一至的部分，随后这些这些光的偏振方向又被法拉第旋转器旋转45度，而且与入射光偏振方向的旋转在同一方向上，因而经过法拉第旋转器后的光其偏振方向与起偏器成90度，这样，反射光就被起偏器所隔离，而不能返回到入射光一端。 15.优点：A 、采用光纤耦合方向，其耦合效率高；纤芯走私小，使其易于达到高功率密度，这使得激光器具有低的阈值和高的转换效率。B 、可采用单模工作方式，输出光束质量高、线宽窄。C 、可具有高的比表面，因而散热好，只需简单风冷即可连续工作。D 、具有较多的可调参数，从而可获得宽的调谐范围和多种波长的选择。E 、光纤柔性好，从而使光辉器使用方便、灵巧。由作为光增益介质的掺杂光纤、光学谐振腔、抽运光源及将抽运光耦合输入的光纤耦合器等组成。原理:当泵浦激光束通过光纤中的稀土离子时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现粒子数反转。反转后的粒子以辐射跃迁形式从高能级转移到基态。 g v c E F F 211ln 21R R L g g i th

《光电子技术》狄红卫版..

光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。 1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm）发出激光的功率为2mW。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm。求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

光电子材料与器件题库

《光电子材料与器件》题库选择题: 1. 如下图所示的两个原子轨道沿z轴方向接近时，形成的分子轨道类型为( A ) (A) *σ(B) σ(C) π(D) *π 2. 基于分子的对称性考虑，属于下列点群的分子中不可能具有偶极矩的为（C）（A）C n（B）C n v（C）C2h（D）C s 3. 随着温度的升高，光敏电阻的光谱特性曲线的变化规律为（B）。（A）光谱响应的峰值将向长波方向移动（B）光谱响应的峰值将向短波方向移动（C）光生电流减弱（D）光生电流增强 4. 利用某一CCD来读取图像信息时，图像积分后每个CCD像元积聚的信号在同一时刻先转移到遮光的并行读出CCD中，而后再转移输出。则该CCD的类型为（B ）（A）帧转移型CCD （B）线阵CCD （C）全帧转移型CCD （D）行间转移CCD 5. 对于白光LED器件，当LED基片发射蓝光时，其对应的荧光粉的发光颜色应该为（D）（A）绿光（B）紫光（C）红光（D）黄光 6. 在制造高效率太阳能电池所采取的技术和工艺中，下列不属于光学设计的为（C）（A）在电池表面铺上减反射膜; （B）表面制绒; （C）把金属电极镀到激光形成槽内; （D）增加电池的厚度以提高吸收 7. 电子在原子能级之间跃迁需满足光谱选择定则，下列有关跃迁允许的表述中，不正确的是（B ）：（A）总角量子数之差为1 （B）主量子数必须相同（C）总自旋量子数不变

（D）内量子数之差不大于2 8. 物质吸收一定波长的光达到激发态之后，又跃迁回基态或低能态，发射出的荧光波长小于激发光波长，称为（B）。（A）斯托克斯荧光（B）反斯托克斯荧光（C）共振荧光（D）热助线荧光9. 根据H2+分子轨道理论，决定H原子能否形成分子的主要因素为H原子轨道的（A ）（A）交换积分（B）库仑积分（C）重叠积分（D）置换积分 10. 下列轨道中，属于分子轨道的是（C）（A）非键轨道（B）s轨道（C）反键轨道（D）p 轨道 11. N2的化学性质非常稳定，其原因是由于分子中存在（D ）（A）强σ 键（B）两个π键（C）离域的π键（D）N N≡三键12. 测试得到某分子的光谱处于远红外范围，则该光谱反映的是分子的（B ）能级特性。（A）振动（B）转动（C）电子运动（D）电声子耦合 13．下列的对称元素中，所对应的对称操作属于虚动作的是（C ）（A）C3 （B）E（C）σh（D）C6 14. 某晶体的特征对称元素为两个相互垂直的镜面，则其所处的晶系为（C）（A）四方晶系（B）立方晶系（C）正交晶系（D）单斜晶系 15. 砷化镓是III-V族化合物半导体，它的晶体结构是（D）。（Ａ）NaCl 结构（B）纤锌矿结构（C）钙钛矿结构（D）闪锌矿结构16. 原子轨道经杂化形成分子轨道时，会发生等性杂化或非等性杂化。下列物质中化学键属于不等性杂化的是（B）。（A）CH4（B）H2O （C）石墨烯（D）金刚石 17. 关于金属的特性，特鲁德模型不能成功解释的是（A ）（A）比热（B）欧姆定律（C）电子的弛豫时间（D）电子的平均自由程18. 下列有关半导体与绝缘体在能带上的说法中，正确的是（B ）。（A）在绝缘体中，电子填满了所有的能带（B）在0 K下，半导体中能带的填充情况与绝缘体是相同的（C）半导体中禁带宽度比较大（D）绝缘体的禁带宽度比较小 19. 在非本征半导体中，载流子（电子和空穴）的激发方式为（B）？（A）电（B）热（C）磁（D）掺杂 20．在P型半导体材料中，杂质能级被称之为（C）。（A）施主能级（B）深陷阱能级（C）受主能级（D）浅陷阱能级

光电子技术题库

选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好

8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.360docs.net/doc/c612326073.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带

异质结在光电子器件中的应用

异质结在光电子器件中的应用在实际的光电子器件中，往往包含一个或多个异质结。这是因为异质结是由具有不同的电学性质和光学性质的半导体组成的，还可以通过适当的晶体生长技术控制异质结势垒的性状，因此异质结在扩大光电子器件的使用范围，提高光电子器件性能，控制某些特殊用途的器件等方面起到了突出的作用。在光纤通信、光信息处理等方面的具体应用如下： 1异质结光电二极管光电二极管是利用光生伏打效应工作的器件，工作时要加上反向偏压，光照使结的空间电荷区和扩散区内产生大量的非平和载流子，这些非平衡载流子被内建电场和反向偏压电场漂移，就会形成很大的光电流。其工作特性曲线如下图所示：图2.1 光电二极管的工作特性曲线光电二极管往往作为光电探测器使用，此时希望它有宽的光谱响应范围和高的光电转化率。在包含有异质结的光电二极管中，宽带隙半导体成为窄带隙半导体的入射窗口，利用此窗口效应，可以使光电二极管的光谱响应范围加宽。图2.2（a）画的是由宽带隙E g1和窄带隙E g2两种半导体组成的异质结，在入射光子能量满足E g1>hv> E g2的条件下，入射光就能透过半导体1而被半导体2吸收。显然，透过谱与吸收谱的曲线重叠部分是该光电探测器的工作波段范围。图2.2（b）是同质结光电探测器响应的情况，

显然同质结的工作波段范围是很窄的。光子能量/ev 12 E =E 入射光光子能量/ev 12E >E 入射光（a ）（b ）图2.2 异质结光带二极管和同质结光电二极管的光谱特性 2异质结光电晶体管图2.3分别是InP/InGaAs 异质结光电晶体管的典型结构图和能带图。发射区由宽禁带的n 型InP 材料做成，基区和收集区由窄禁带的InGaAs 材料做成。光电晶体管工作时一般采用基区浮置的方式，以减少引线分布电容。在集电极和发射极之间加电压，使发射极对基区正向偏置，而集电极对基区反向偏置。入射光子流照在宽带发射区上，当光的波长合适时发射区基本是透明的，光在窄带区中靠近宽带一侧被吸收而产生电子-空穴对。电子被发射结的自建电场所吸引从基区向发射区漂移，而空穴将流向基区。如果光在宽带区中也部分吸收的话，电子和空穴的流动方向也是这样的。因为基区是浮置的，电子和空穴这样的流动将促使发射极的电位更负，而基区的电位更正。这相当于发射结的p-n 正向偏置更加强。也就是说，光的吸收和光生载流子的流动等效于在光电晶体管的发射结上加了一个正向的信号。从而是发射区向基区注入更多的电子。这些电子以扩散的方式通过基区到达基区和集电区的边界，被方向偏置的集电极收集成为集电极电流，从而完成放大的目的。所以，光电晶体管不但能用于检测光信号，还能将光信号转换成的电信号放大。

光电子器件复习资料

光电子复习资料第一章光电导探测器 1.本征半导体？杂质半导体？（课件）本征半导体费米能级位于导带底和价带顶之间的中线上，导带中的自由电子和价带中的空穴均很少，因此常温下导电能力低，但在光和热的激励下导电能力增强。 n 型掺杂半导体的费米能级接近导带底，导带中的自由电子数高于本征半导体，导电能力随掺杂浓度提高而增强，属于电子导电为主的半导体。 N 型半导体：在本征半导体中掺入五价元素, 形成的半导体。 p 型掺杂半导体的费米能级接近价带顶，价带中的空穴数高于本征半导体，导电能力随掺杂浓度提高而增强，属于空穴导电为主的半导体。P 型半导体：在本征半导体中掺入三价元素, 形成的半导体。 2. 欧姆定律的微分形式？电导率跟迁移率的关系？ V I R =j=j=EL S R EL SR ?? j 1. E E σρ?== j I S =V EL =1=SR R S L L SR σρρρ==?=?2713m = 1.210cm/S 22V T V κ?=?室温无电场：热运动：0 I =杂乱无章：n n p p n p :d nqvSdt j=nqv j=nq dt S dt S d =nS q nqSvdt v=j=nq =nq p j=nq =nq P =pq j=nq +nq j=E I S j E E l E n E N E E E σμμμσμμσμσμμμσ=?? ==???????? =?? ?? ? ??∴?? ????????????有电场Q Q=nVq 掺：，型：，掺：，型:，双掺：，

迁移率是用来描述半导体中载流子在单位电场下运动快慢的物理量，是描述载流子输运现象的一个重要参数，也是半导体理论中的一个非常重要的基本概念。迁移率定义为：单位： cm2/(V ·s) 3. 金属、半导体、绝缘体的能带示意图？金属(导体)：能带被电子部分占满，在电场作用下这些电子可以导电。 4. 电导率的表达式？ 5. 光电导效应？产生光电导效应的条件是什么？提高光电导效应的方法是什么？ *m q c τμ=

《光电子材料与器件》考试重点复习

1、能带形成的原理孤立原子的电子占据一定的原子轨道，形成一系列分立的能级。如果一定数量的原子相互结合形成分子，则原子轨道发生分裂，形成的分子轨道数正比于组成分子的原子数。在包括半导体在内的固体中，大量原子紧密结合在一起，轨道数变得非常巨大，轨道能量之差变得非常小，与孤立原子中的分立能级相比，这些原子轨道可视为能量是近似连续分布的。这种能级近似连续分布的能量范围，即为能带。 2、半导体发光机理半导体材料中的电子由高能态向低能态跃迁的同时，会以光子的形式释放多余的能量，这称为辐射跃迁，辐射跃迁的过程也就是半导体材料的发光过程。电子由高能态向低能态跃迁的同时，产生相应能量间隔的光子。电子的跃迁，要求价带有价带电子，同时导带有相应的空穴，即在导带、价带中存在电子空穴对，通过电子空穴的复合，半导体可以发射光子。 3、光电探测原理将光辐射的作用，视为所含光子与物质内部电子的直接作用，也就是物质内部电子在光子的作用下，产生激发而使物质的电学特性发生变化。 4、pn 结形成空间耗电区的原理形成PN结后，由于n区和p区载流子浓度的差异，n区的多数载流子电子、p 区的多数载流子空穴分别向对方区域扩散并与其多数载流子复合。这就造成PN 结n 区一侧附近电子浓度降低，留下不能移动的施主离子，产生局部的正电荷区域。PN结p区一侧的附近空穴浓度降低，留下不能移动的受主离子，产生局部的负电荷区域。由于局部正负电荷的存在，PN 结附近会产生一个由n 区指向p 区的内建电场。电场阻碍n区的电子继续向p区扩散，同时使n区的少数载流子空穴向p 区漂移，同样，电场阻碍p 区的空穴继续向n 区扩散，同时使p 区的少数载流子电子向n区漂移。随着扩散的减弱，飘移的增强，最终实现载流子的动态平衡。PN 结附近载流子被耗尽的区域称为空间电荷区，或者耗尽区。 5、直接带隙半导体和间接带隙半导体的区别直接带隙：导带的最低位置位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合伴随光子的发射。III-V 族元素的合金，典型的如GaAs 等。间接带隙：导带的最低位置不位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合需要声子的参与，声子振动导致热能，降低了发光量子效率。 6、半导体发光材料特性砷化傢(GaAs):直接跃迁型闪锌矿结构发射的光子能量1.42eV左右，相应波长873nm 附近，红外波段磷化傢(GaP):间接跃迁型闪锌矿结构间接带隙宽度2.26eV,离子性为0.374, 氮化傢(GaN):直接跃迁型纤锌矿结构带隙宽度3.39eV 7、什么是发光二极管发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴” ，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒。