光电导效应原理解释

eulike · 发表于 2015-5-6 17:27:47

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种表象发作在物体外表，又称外光电效应。后两种表象发作在物体内部，称为内光电效应。
　　赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解说了光电效应。金属外表在光辐照效果下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属资料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的动摇性解说。还有一点与光的动摇性相对立，即光电效应的瞬时性，按动摇性理论，假设入射光较弱，照耀的时刻要长一些，金属中的电子才干堆集住满足的能量，飞出金属外表。可事实是，只需光的频率高于金属的极限频率，光的亮度不管强弱，光子的发作都几乎是瞬时的，不超越十的负九次方秒。准确的解说是光必定是由与波长有关的严厉规则的能量单位(即光子或光量子)所构成。
　　

理论开展前史
　　光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对开展量子理论起了根本性效果。
　　1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证实动摇理论试验中初次发现的。其时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照耀，则在两个小球之间就十分简单越过电花。
　　1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研讨，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从外表逸出的表象。但无法依据其时的理论加以解说；
　　1905年，爱因斯坦提出光子假定，成功解说了光电效应，因此取得1921年诺贝尔物理奖。

光电效应的分类
　　光电效应分为：外光电效应和内光电效应。
　　内光电效应是被光激起所发作的载流子（自在电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发作改变或发作光生伏特的表象。外光电效应是被光激起发作的电子逸出物质外表，构成真空中的电子的表象。
　　
外光电效应

　　在光的效果下，物体内的电子逸出物体外表向外发射的表象叫做外光电效应。
　　外光电效应的一些试验规则
　　a．仅当照耀物体的光频率不小于某个断定值时，物体才干宣布光电子，这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ0叫做红限波长。不一样物质的极限频率和相应的红限波长λ0 是不一样的。
　　一些金属的极限波长(单位：埃)：
　　铯钠锌银铂
6520 5400 3720 2600 1960
　2 光生伏特效应
　　在光效果下能使物体发作必定方向电动势的表象。根据该效应的器材有光电池和光敏二极管、三极管。
　　① 势垒效应（结光电效应）
　　光照耀PN结时，若h?≧Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而发作电子空穴对，在阻挡层内电场的效果下，电子倾向N区外侧，空穴倾向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，构成光生电动势。
　　② 侧向光电效应（丹培效应）
　　当半导体光电器材受光照不均匀时，光照有些发作电子空穴对，载流子浓度比未受光照有些的大，呈现了载流子浓度梯度，致使载流子分散，假设电子比空穴分散得快，致使光照有些带正电，未照有些带负电，然后发作电动势，即为侧向光电效应。
　　③ 光电磁效应
详情请查看网站eulike.com，
　　半导体受强光照耀并在光照笔直方向外加磁场时，笔直于光和磁场的半导体两端面之间发作电势的表象称为光电磁效应，可视之为光分散电流的霍尔效应。
　　④ 贝克勒耳效应
　　是指液体中的光生伏特效应。当光照耀浸在电解液中的两个相同电极中的一个电极时，在两个电极间发作电势的表象称为贝克勒耳效应。感光电池的作业原理根据此效应。
内光电效应
　　当光照在物体上，使物体的电导率发作改变，或发作光生电动势的表象。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。
　　1 光电导效应
　　在光线效果下，电子吸收光子能量从键合状况过度到自在状况，而致使资料电导率的改变。
　　当光照耀到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体资料，且光辐射能量又满足强,光电资料价带上的电子将被激起到导带上去，使光导体的电导率变大。
　　根据这种效应的光电器材有光敏电阻。
　　b．光电子脱出物体时的初速度和照耀光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照耀光的频率有关而和发光强度无关。
　　c．阴极(发射光电子的金属资料)发射的光电子束和照耀发光强度成正比。
　　d．从试验知道，发作光电流的进程十分快，通常不超越10的-9次方秒；中止用光照耀，光电流也就当即中止。这表明，光电效应是瞬时的。
　　e．爱因斯坦方程：hυ=(1/2)mv^2+I+W
　　式中(1/2)mv^2是脱出物体的光电子的初动能。金属内部有很多的自在电子，这是金属的特征，因此关于金属来说，I项能够省略，爱因斯坦方程成为 hυ=(1/2)mv^2+W 假设hυ 　　根据外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管能将一次次亮光转换成一个个扩大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。
　　
假设光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W符号。这个算式与调查不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），也许是因为体系没有彻底的功率，某些能量成为热能或辐射而失去了。爱因斯坦因成功解说了光电效应而取得1921年诺贝尔物理学奖。

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