基于comsol的光电半导体分析，光激发半导体载流子

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光电半导体.rar

半导体PN结在受到光照射时能产生电动势的效应，叫光伏打效应。硅光电池就是利用光伏打效应将光能直接换成电能的半导体器件。图表3-31是硅光电池的结构和电路符号图。从图中可见硅光电池就是一个大面积PN结。光照可以使薄薄的P型区产生大量的光生载流子。这些光生电子和空穴，会向PN结方向扩散。扩散过程中，一部分电子和空穴复合消失，大部分扩散到PN结边缘。在结电场的作用下，大部分光生空穴被电场推回P型区而不能穿越PN结；大部分光生电阻却受到结电场的加速作用穿越PN结，到达N型区。随着光生电子在N型区的积累及光生空穴在P型号区的积累，会在在PN对的两侧产生一个稳定的电位差，这就是光生电动势。当光电池两端接有负载时，将有电流流过负载，起着电池的作用。

   本文主要借助这个效应，研究光致半导体激发太赫兹的器件。

   下图是半导体在飞秒激光的照射下，产生了电子浓度的分布。

    太赫兹( Terahert,THz)通常指频率在100GHz~10THz(对应波长3m-30km)波段的电磁波,在微波和红外光之间,它的长波段与亚毫米波重叠,短波段与远红外线重叠,处于电子学和光子学的交义领域。上世纪八十年代中期以前,由手缺乏有效的发射和探测太赫兹的方法,人们对于这一波段的电磁波认识很有限,以至于人们称这波段为“太赫兹间隙( THZ Gap)”。近年来,随着超快激光技术的发展,为实现稳定的太赫兹发射器提供了基础,太赫兹发射技术取得了突破,太赫兹科学技术成为一个热门研究新领域。

    光电导太赫兹天线是一种最早出现的人工太赫兹发射器件又叫光电导开关。太赫兹光电导天线一般采用GaAs等半导体化合物晶体作为基底材料,以Au/Ni等金属作为电极镀在基底材料上,电极两端加上一定的电压形成偏置电场。

   当用飞秒激光脉冲照射在太赫兹光电导天线的基底材料表面时,会使基底材料中的电子从价带受辐射激发跃迁到导带上,在半导体内产生自由移动的光生电子空穴对,光生电子空穴对在外加偏置电场的作用下形成瞬态电流,这种在皮秒和亚皮秒级变化的电流向外辐射出太赫兹波并经过基底背面的透镜发射光电导天线的基本结构。

太赫兹光电导天线的仿真计算流程如下。

需要应用半导体模块和波动光学模块，下图是模型计算出来的辐射强度随时间变化，半导体生成了一个20太赫兹辐射。

 

模型文件在文中开头，需要的可以下载，加密文件如需密码可以私信我。谢谢。