光電效應(yīng)概述
光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectric effect）。這一現(xiàn)象是1887年赫茲在實(shí)驗(yàn)研究麥克斯韋電磁理論時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。1888年，德國物理學(xué)家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs)證實(shí)是由于在放電間隙內(nèi)出現(xiàn)荷電體的緣故。1899年，J·J·湯姆孫通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)該荷電體與陰極射線一樣是電子流。1899—1902年間，勒納德（P·Lenard）對光電效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并命名為光電效應(yīng)。1905年，愛因斯坦在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》一文中，用光量子理論對光電效應(yīng)進(jìn)行了全面的解釋。1916年，美國科學(xué)家密立根通過精密的定量實(shí)驗(yàn)證明了愛因斯坦的理論解釋，從而也證明了光量子理論。
內(nèi)光電效應(yīng)
當(dāng)光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。
1 光電導(dǎo)效應(yīng)
在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化。
當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，若這個(gè)光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，且光輻射能量又足夠強(qiáng)，光電材料價(jià)帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。
基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。
2 光生伏特效應(yīng)
在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。基于該效應(yīng)的器件有光電池和光敏
二極管、三極管。
①勢壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）
光照射PN結(jié)時(shí)，若h?≧Eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內(nèi)電場的作用下，電子偏向N區(qū)外側(cè)，空穴偏向P區(qū)外側(cè)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光生電動勢。
②側(cè)向光電效應(yīng)（丹培效應(yīng)）
當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，光照部分產(chǎn)生電子空穴對，載流子濃度比未受光照部分的大，出現(xiàn)了載流子濃度梯度，引起載流子擴(kuò)散，如果電子比空穴擴(kuò)散得快，導(dǎo)致光照部分帶正電，未照部分帶負(fù)電，從而產(chǎn)生電動勢，即為側(cè)向光電效應(yīng)。
③光電磁效應(yīng)
半導(dǎo)體受強(qiáng)光照射并在光照垂直方向外加磁場時(shí)，垂直于光和磁場的半導(dǎo)體兩端面之間產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為光電磁效應(yīng)，可視之為光擴(kuò)散電流的霍爾效應(yīng)。
④貝克勒耳效應(yīng)
是指液體中的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射浸在電解液中的兩個(gè)同樣電極中的一個(gè)電極時(shí)，在兩個(gè)電極間產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為貝克勒耳效應(yīng)。感光電池的工作原理基于此效應(yīng)。
3 光子牽引效應(yīng)
當(dāng)光子與半導(dǎo)體中的自由載流子作用時(shí)，光子把動量傳遞給自由載流子，自由載流子將順著光線的傳播方向做相對于晶格的運(yùn)動。結(jié)果，在開路的情況下，半導(dǎo)體樣品將產(chǎn)生電場，它阻止載流子的運(yùn)動。這個(gè)現(xiàn)象被稱為光子牽引效應(yīng)。
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