本科课件大三光电子chp

1、第五章 光辐射的探测5-1物质中光吸收00ghEh一、本征吸收电子吸收光子，由价带跃迁到导带的过程本征吸收（这里的电子是半导体材料的电子不是杂质的电子，杂质电子的吸收称为杂质吸收） 为能够引起本征吸收的最低频率0001.24()gghcmEE长波限 产生本征吸收的条件：或能量守恒电子跃迁要满足选择定则动量守恒由于能级结构不同，直接跃迁 本征吸收间接跃迁1kkkkkk 、直接跃迁由动量守恒碰后动量 光子动能 碰前动量 光子动能0 电子的波矢基本不变。电子在吸收一个光子后，动量基本不变，这种现象称为准动量守恒。若电子跃迁前后，在能量与动量曲线上为一垂线，称为直接跃迁，这种半导体称为直接带隙材料(C

2、aAs)。0.350kGaAl AsxSiGekkqkkqq 1-xx2、间接跃迁当导带的最低能量状态与价带最高能量状态的 值不相等时，导带与价带之间的跃迁称为间接跃迁。间接跃迁还要有声子参与。，当时，以及，均为间接带隙半导体。光子动量为声子的波矢。3SiGeGaAs6二、晶格振动吸收晶体中的原子总是围绕着平衡位置不断振动，原子的振动以波的形式在晶格中传播，称为格波。若原胞中只包含一个原子，则有 个格波；若原胞中包含两个原子，如、或等，则有 个格波。频率高的格波：光学波 频率低的3个格波：声学波1()0.1.2.21aaaaaEnhnEnhnEh （2）能量量子化 ，能量变化量：，（3）光波与

3、晶格振动的相互作用引起的光吸收光子与声子的相互作用三、 自由载流子的光吸收当外来入射光能量较低时，导带中的电子或价带中的空穴吸收光子后，引起载流子在能带内的跃迁，这个过程称为自由载流子的吸收。1.52.53.55fABCD动量守恒跃迁过程必须满足能量守恒自由载流子吸收系数声学声子 光学声子 电离杂质ghE本质四、激子吸收 激子电子空穴对当外来入射光的能量略小于禁带宽度时，即时，价带中的电子跃出价带，但无法到达导带，但又受到库仑场作用，将电子和空穴束缚成一个新的系统，二者既没有完全分离，也没有完全复合，这种状态称激子。自由激子的消失1） 吸收更多的能量，电子和空穴分离2） 释放能量，电子和空穴复

4、合4222208nrexrre mEh nm 激子吸收，是由激子引起的，而激子则是由于光子能量偏小，没能使电子跃迁到导带而形成了电子空穴对的一种中间状态。这种状态可以吸收一定能量的光子跃迁到导带，这就是激子的吸收。激子能级与氢原子类似，：电子与空穴的折合质量。10,123exexnnEEnnn 是激子的基态能级，当时，相当于电子与空穴完全分离。激子的能级完全处于禁带中。相当于导带底能级。与能级的吸收谱线容易分辩，以后能级的吸收谱线很难观测。0ghE五、 杂质吸收a和c: 施主能级导带远红外区域b和d：受主能级价带长波限以外e: 施主能级价带 略小于f：受主能级导带总结：本征吸收：半导体材料自身电子吸收光子，由价带跃迁到导带的吸收。晶格振动吸收：光子被晶格散射，产生非弹性碰撞，光子与声子相互作用，光子转变为一个或多个声子。自由载流子吸收：价带中的空穴和导带中的电子吸收能量较小的光子，产生能带内的