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無法加電、工控機(jī)加電后，電源工作正常，主板沒有任何反應(yīng)、開機(jī)后聽見主板自檢聲但顯示器上沒有任何顯示、開機(jī)后報(bào)警顯示器上沒有任何顯示、開機(jī)后主板不能自檢成功、開機(jī)后主板能正常工作

，BIOS檢測到鍵盤部分，報(bào)告鍵盤出錯(cuò)、開機(jī)后其他部分工作正常，軟驅(qū)的讀盤燈一直常亮軟驅(qū)不能使用、工控機(jī)裝硬盤以前可以啟動(dòng)，安裝硬盤后發(fā)現(xiàn)不能啟動(dòng)、鼠標(biāo)、鍵盤均不能使用、開機(jī)后主板

  光電子器件扮演著重要角色，因此我們對于光電子器件應(yīng)當(dāng)具備一定了解。為增進(jìn)大家對光電子器件的認(rèn)識，本文將對半導(dǎo)體光電子器件加以介紹。如果你對光電子器件具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

    利用半導(dǎo)體光-電子(或電-光子)轉(zhuǎn)換效應(yīng)制成的各種功能器件。它不同于半導(dǎo)體光器件(如光波導(dǎo)開關(guān)、光調(diào)制器、光偏轉(zhuǎn)器等)。光器件的設(shè)計(jì)原理是依據(jù)外場對導(dǎo)波光傳播方式的改變，它也有別于早期人們襲用的光電器件。后者只是著眼于光能量的接收和轉(zhuǎn)換(如光敏電阻、光電池等)。早期的光電器件只限于被動(dòng)式的應(yīng)用，60年代作為相干光載波源的半導(dǎo)體激光器的問世，則使它進(jìn)入主動(dòng)式應(yīng)用階段，光電子器件組合應(yīng)用的功能在某些方面(如光通信、光信息處理等)正在擴(kuò)展電子學(xué)難以執(zhí)行的功能。一門新的分支學(xué)科──光電子學(xué)正在迅速發(fā)展，而光電子器件則構(gòu)成光電子學(xué)的核心部分。

    早在19世紀(jì)末就已經(jīng)開始研究半導(dǎo)體硒中的光電現(xiàn)象,后來硒光電池得到應(yīng)用,這幾乎比晶體管的發(fā)明早80年，但當(dāng)時(shí)人們對半導(dǎo)體還缺乏了解，進(jìn)展緩慢。30年代開始的對半導(dǎo)體基本物理特性(如能帶結(jié)構(gòu)、電子躍遷過程等)的研究，特別是對半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)的研究為半導(dǎo)體光電子器件的發(fā)展奠定了物理基礎(chǔ)。1962年，R.N.霍耳和M.I.內(nèi)森研制成功注入型半導(dǎo)體激光器，解決了高效率的光信息載波源，擴(kuò)展了光電子學(xué)的應(yīng)用范圍，光電子器件因而得到迅速發(fā)展。

    基本物理過程

    從能帶論的觀點(diǎn)出發(fā)，半導(dǎo)體中電子狀態(tài)的分布如圖1,常溫下低能量的帶(價(jià)帶)中的狀態(tài)基本上為價(jià)電子所填充，高能量的帶(導(dǎo)帶)中的狀態(tài)則空著，二者之間被寬度為Eg的禁帶所隔離。在此情況下半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性很差，只有出現(xiàn)在導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶中的空態(tài)(空穴)才能在外場驅(qū)使下參與導(dǎo)電。

    內(nèi)光電效應(yīng)

    當(dāng)價(jià)帶中的電子吸收了能量大于禁帶寬度的光子就能夠躍遷到導(dǎo)帶中，與此同時(shí)在價(jià)帶中留下空穴，統(tǒng)稱為光生載流子，由此產(chǎn)生的附加導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)。在外場驅(qū)使下光生載流子貢獻(xiàn)的電流稱為光電流。這種光電子效應(yīng)因發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)，故稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)是一切光電子接收和能量轉(zhuǎn)換器件的基礎(chǔ)。

    外光電效應(yīng)

    半導(dǎo)體中電子吸收較高能量的光子而被激發(fā)成為熱電子，有可能克服晶格場的束縛逸出體外成為自由電子,這又稱光電子發(fā)射效應(yīng)。圖2是一個(gè)具有理想表面的半導(dǎo)體的能帶圖，EC、EV分別表示導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂,E0為體外真空能級,x為電子親和勢(表示導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需克服的晶體束縛能),EF為費(fèi)米能級位置,φ為逸出功,ET=x+EV為光電子發(fā)射閾能。

    半導(dǎo)體表面對環(huán)境氣氛和接觸材料很敏感。表面層對外來電荷(正的或負(fù)的電荷)的吸附引起表面能帶的彎曲(向上或向下)，劇烈地影響半導(dǎo)體中光電子發(fā)射的特性。圖3中的E表示表面能帶向下彎曲的勢能，實(shí)際有效電子親和勢xeff=x-E。如果E>x，則xeff就成為負(fù)值。負(fù)電子親和勢(NEA)材料(如GaAs、InGaAsP與Cs2O的接觸)的光電子發(fā)射的量子產(chǎn)額相當(dāng)可觀，是發(fā)展半導(dǎo)體光陰極的重要基礎(chǔ)。

    電子-空穴復(fù)合發(fā)光效應(yīng)　1952年,發(fā)現(xiàn)了硅、鍺半導(dǎo)體材料注入發(fā)光的現(xiàn)象。注入到半導(dǎo)體中的非平衡電子-空穴對以某種方式釋放多余的能量而回到初始平衡狀態(tài)。輻射光子是一種釋放能量的方式，但是由于鍺、硅都屬間接帶材料(導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂不在動(dòng)量空間的同一位置),為了滿足躍遷過程的動(dòng)量守恒原則(圖4),這就要求大量聲子同時(shí)參與躍遷過程，屬多體過程。因此帶間復(fù)合發(fā)光的效率很低(小于0.01%)。許多化合物材料如GaAs、InGaAsP為直接帶材料(導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂在動(dòng)量空間同一位置)，帶間輻射躍遷過程幾乎無需聲子參與(圖5)。因此發(fā)光效率很高,大注入下內(nèi)量子效率幾乎達(dá)，高效率的電子-空穴對復(fù)合發(fā)光效應(yīng)是一切半導(dǎo)體發(fā)光器件的物理基礎(chǔ)。

    光電子器件分類

    光電子器件可分為體光電子器件、正反向結(jié)光電子器件、異質(zhì)結(jié)和多結(jié)光電子器件。

    體光電子器件是結(jié)構(gòu)上簡單的一類光電子器件。半導(dǎo)體材料吸收能量大于禁帶寬度的入射光子，激發(fā)出非平衡電子-空穴對(稱為本征激發(fā))。它們在外場下參與導(dǎo)電,產(chǎn)生光電導(dǎo)。如屬不均勻的表面激發(fā),則光生載流子在有濃度梯度下的擴(kuò)散將導(dǎo)致內(nèi)場的建立，即光生伏電效應(yīng)。擴(kuò)散電流受磁場的作用而偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生光磁電效應(yīng)。依據(jù)這些物理效應(yīng)已經(jīng)制出各種波段(特別是紅外波段)光電探測器，如InSb、HgCdTe光電探測器，在軍事上已獲得廣泛應(yīng)用。

    體光電探測器也可以用摻入深能級雜質(zhì)的方法制成。如摻Au、Hg的Ge探測器,是一種很靈敏的紅外探測器。光生載流子是由深能級雜質(zhì)中心激發(fā)的，稱為非本征激發(fā)。這類探測器大多在很低溫度下工作(如液氦溫度4.2K)。

    正向結(jié)光電子器件

    在正向大偏置下半導(dǎo)體PN結(jié)結(jié)區(qū)附近將注入大量非平衡載流子，利用復(fù)合發(fā)光效應(yīng)可制成各種顏色發(fā)光二極管。電子儀表上普遍使用的紅、綠色半導(dǎo)體指示燈、數(shù)碼管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料制成的。固態(tài)發(fā)光管功耗低、體積小、壽命長，已逐步取代真空管。用GaAs制成的發(fā)光管，發(fā)光效率很高,發(fā)射波長約9000埃,屬人眼不靈敏的近紅外波段，廣泛用作光電控制和早期光通信的光源。只半導(dǎo)體激光器就是用高摻雜GaAs的PN結(jié)制成的，雖然現(xiàn)代半導(dǎo)體激光器已被異質(zhì)結(jié)器件所取代，但基本上仍屬正向結(jié)結(jié)構(gòu)。

    反向結(jié)光電子器件

    結(jié)中由于兩側(cè)電荷的轉(zhuǎn)移在結(jié)區(qū)建立很強(qiáng)的內(nèi)場(達(dá)104伏/厘米以上),導(dǎo)致能帶彎曲，形成PN結(jié)勢壘。光生載流子一旦擴(kuò)散入結(jié)區(qū)即被內(nèi)場掃向兩側(cè)構(gòu)成光生電流。硅光電池和光敏二極管就是利用反向結(jié)特性工作的器件。硅光電池作為太陽能電源在人造衛(wèi)星上已得到應(yīng)用,中國“東方紅”2號人造衛(wèi)星就使用了硅光電池。目前硅光電池能量轉(zhuǎn)換效率已接近15%的理論值。光敏二極管是廣泛使用的光檢測器件,為了提高量子效率和響應(yīng)速度，必須盡量擴(kuò)大耗盡區(qū)(即電場區(qū))，因此實(shí)用的半導(dǎo)體光電二極管都施加反向偏置,量子效率可達(dá)到80%以上，響應(yīng)時(shí)間可小于納秒,光纖通信系統(tǒng)使用的Si-PIN檢測器就是典型的一種。