光敏器件所探測(cè)的光,包括可見(jiàn)光、紫外線和紅外光,在整個(gè)電磁輻射的頻譜中只占很小一部分。光具有波粒二象性,光的粒子性可用光子的概念描述。
沿r方向傳播的頻率為υ的單色光,可視為一束光子流,其中每個(gè)光子具有的能量ε和功率P分別為如圖
量子力學(xué)指出,光的發(fā)射和吸收是與量子態(tài)度的躍遷過(guò)程相聯(lián)系的,在此過(guò)程中,光表現(xiàn)出其粒子性。在發(fā)射時(shí),光源系統(tǒng)由高能態(tài)E2向低能態(tài)E1躍遷,同時(shí)按能量守恒定律發(fā)射光子:hυ=E2-E1
在吸收時(shí),介質(zhì)吸收光子hυ后就從低能態(tài)E1躍遷到功能態(tài)E2。按能量守恒定律,截止系統(tǒng)躍遷前后的能量差應(yīng)為:E2-E1=hυ
光在半導(dǎo)體中傳播時(shí)的衰減,是半導(dǎo)體內(nèi)電子吸收光子后從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷的結(jié)果。在其諸多吸收過(guò)程中,本征吸收是光敏器件的工作基礎(chǔ)。
本征吸收又稱基本吸收,其相應(yīng)的躍遷過(guò)程是:價(jià)帶電子吸收了能量大于或等于禁帶寬度的光子后,躍至導(dǎo)帶,產(chǎn)生自由電子,并在價(jià)帶留下自由空穴。因此,在本征吸收時(shí),每吸收一個(gè)光子,就產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。由于在本征吸收過(guò)程中被吸收的光子要滿足的條件是hυ=Eg
且導(dǎo)帶是由一系列能量間隔很小的能級(jí)組成的,所以本征吸收譜是連續(xù)譜