光电子技术习题集5 5.1 带隙与光电探测 (a) 一半导体用作光电导体（光敏电阻），如果它对黄光（600nm）灵敏，求它的能隙的最大值。 (b) 一光电探测器面积为5×10-2 cm2，受到光强为2 mW cm-2的黄光照射。假设每个光子产生一个电子空穴对，计算每秒产生的对数。 (c) 已知半导体GaAs的能隙（Eg = 1.42 eV），计算由于电子空穴复合从此晶体发射的光子的主波长。此波长属于可见光吗？ (d) 硅光电探测器对GaAs laser发出的辐射敏感吗？为什么？ 5.2 吸收系数 (a) 如果d是光电探测器材料的厚度，Io是入射辐射的强度，证明每单位体积样品吸收的光子数为 [1−exp(−)] ℎ(b) 一Ge和In0.53Ga0.47As晶体层吸收了90%的1.5 μm的入射辐射，则需要多厚的晶体层？ (c) 假设在量子效率为一的光电探测器中，每个吸收光子释放一个电子（或电子空穴对），而且光生电子被马上收集。所以，电荷收集速率受到光子产生速率的限制。如果入射辐射为100 μW mm-2，(b)中光电探测器的外光电流密度是多少？ = 5.7 InGaAs pin 光电二极管 考虑一商用InGaAs pin 光电二极管，其响应度如图5.49所示。它的暗电流为5 nA。 (a) 当波长为1.55 μm，如果光电流为暗电流的两倍，光功率是多少？此光电探测器在1.55 μm处的QE是多少？ (b) 如果(a)中的入射光功率为1.3 μm处的，光电流是多少？1.3 μm工作的QE是多少？ 5.12 Si pin 光电二极管速率 考虑Si pin 光电二极管，它的p+层厚为0.75 μm，i-Si层宽为10 μm。反向偏压电压为20 V。 (a) 块体吸收引起的响应速率是多少？什么波长将产生这种响应速率？ (b) 表面附近吸收引起的响应速率是多少？什么波长将产生这种响应速度？ （5.15题中，需要使用拟合软件（Excel、Matlab等）） 5.15 APD的倍增 考虑一商用InGaAs APD倍增随反向偏压变化的实验结果，如表5.8所示。画出(1 – 1/M)随Vr的变化图，从而求出方程(5.6.2：M= )中的m和Vbr。（这可以用Excel来做，然后拟合一条幂定律趋势曲线；或者在log-log轴（对数坐标纸）上画图，其斜率将给出m） 5.19 InP APD设计 对InP，碰撞电离系数可由αe ≈ (9.2×106)exp(-3.44×106/E)和αh ≈ (4.3×106)exp(-2.72×106/E)粗略给出，其中αe、αh的单位为cm-1，E的单位为V cm-1（引自Takuchi et al, J. Appl. Phys., 59, 476, 1986）考虑图5.16中的异质结InGaAs-InP APD。N-InP中的空穴触发雪崩。我们可以定义k = αe/αh，则倍增变为M = (1 - k)/{exp[-(1 - k) αhw] - k}。假设N层宽为1 μm，外加场为4.6×105 V cm-1。倍增M为多少？如果你使场增加2%，M是多少？ 5.23 InGaAs pin的SNR 一特殊的光电探测应用需要InGaAs光电探测器，所需带宽为1 GHz。InGaAs pin光电探测器在25 ℃的暗电流为5 nA。在1550 nm所测的最小信号为3 nW，此时响应度为0.9 A/W。 (a) 计算25 ℃的SNR，单位用dB表示。 (b) 当探测器冷却到-20 ℃，暗电流变为0.15 nA，响应度几乎不变。新的SNR是多少？ (c) 假设我们让探测器工作带宽为10 MHz。在-20 ℃，新的SNR是多少？你的结论是什么？（实际上，我们需要考虑连接到此探测器的放大器输入端的噪声）。 5.26 Si光电二极管的比探测率 考虑表5.11所示的对一组Si光电二极管的NEP测量。 (a) 对每个二极管，计算比探测率。然后求出平均值和平均标准差。 (b) 在log-log图（对数坐标纸）上画出NEP随A1/2的变化，并求出斜率。此斜率代表什么？