固體能帶理論是表示固體中電子能量分布方式的一種簡便方法,紅外探測器廠家現(xiàn)扼要介紹一下這一理論,可有助于理解紅外探測器內部產(chǎn)生的光電效應。
在簡單的波爾原子模型中,繞原子核旋轉的電子被限制在分立的能級上,它們各有各的軌道直徑。除非原子被激發(fā),電子都占據(jù)著較低的能級。固體的原子靠得很近,由于量子力學的結果,單個原子的分立能級擴展成近于連續(xù)的能帶,這些能帶被電子的禁帶所隔離。最低的能帶是完全充滿的,稱為階帶。下一個較高的能帶,不管是占據(jù)或未占據(jù)有電子,都成為導帶。只有導帶中的電子對材料的電導率才有貢獻。
導電體、絕緣體和半導體有不同的能帶結構。導電體的明顯標志的導帶沒有被電子全部占據(jù)。絕緣體的電子剛好占據(jù)了階帶中的全部能級,導帶是空的,禁帶很寬,階電子不可能獲得足夠的能量升到導帶中去。
從電特性看,半導體的導電率介于絕緣體和金屬之間。純凈的本證半導體的禁帶相對窄一些,僅有幾分之一電子伏特,而絕緣體的禁帶是3電子伏特或更大些。因此,即使在室溫下,半導體的一些階電子也能獲得足夠的能量,躍過禁帶而達到導帶。這些電子原來占據(jù)的位置成了正電荷,稱為空穴。存在電場或磁場時,空穴像電子一樣流過材料,然而兩者流動的方向相反。
在純凈半導體中,一個電子被激發(fā)到導帶,則產(chǎn)生電子空穴對載流子,兩者貢獻各自的電導率。本證半導體材料有鍺單晶、硅單晶以及按化學計算比例構成的化合物。典型的光伏型紅外探測器有Si、Ge、CaAs、InSb、InGaAs和HgCdTe(MCT)等,光伏型本證探測器有PbS、PbSe和MCT。