文档介绍：内容
光电导与光吸收
半导体发光
半导体激光
外光电效应
一束光是由一束以光速运动的粒子流组成的,这些粒子称为光子。光子具有能量,每个光子具有的能量由下式确定:
E=hυ
式中: h——普朗克常数=×10-34(J·s)
υ——光的频率(s-1)。
所以光的波长越短,即频率越高,其光子的能量也越大; 反之,光的波长越长,其光子的能量也就越小。
在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
光照射物体,可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体,物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时,电子就会逸出物体表面,产生光电子发射,超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
式中:m——电子质量;
v0——电子逸出速度。
光子能量必须超过逸出功A0,才能产生光电子;入射光的频谱成分不变,产生的光电子与光强成正比;光电子逸出物体表面时具有初始动能 ,因此对于外光电效应器件,即使不加初始阳极电压,也会有光电流产生,为使光电流为零, 必须加负的截止电压。
对于每一种运动状态来说,原子具有确定的内部能量值,对应为一个能级****惯将能量值大的能级称为高能级,能量值小的能级称为低能级,原子的最低能级称为基态。
处于高能级E2的原子是不稳定的,即使没有外界作用,也将自发地跃迁到低能级E1,发射一个频率为υ能量为hυ=E2-El的光子。
处于高能级E2的原子,受能量为hυ=E2-El的外来光子作用而跃迁到低能级E1,并发射一个与外来一样的光子。受激辐射的光与入射光具有相同的频率、位相、偏振方向和传播方向。
E2
E1
E2
E1
入射光hυ=E2-El
受激辐射光hυ=E2-El
入射光hυ=E2-El
内光电效应
在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:
(1) 光电导效应在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度, 就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。
(2) 光生伏特效应在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。
光敏电阻
光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。无光照时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中电流(暗电流)很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值(亮电阻)急剧减小,电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好, 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级, 亮电阻值在几千欧以下。
光敏电阻结构
(a) 光敏电阻结构; (b) 光敏电阻电极; (c) 光敏电阻接线图
光电池
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用时实质就是电源,电路中有了这种器件就不需要外加电源。
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大面积的PN结,当光照射到PN结的一个面,例如P型面时, 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度,那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴, 电子-空穴对从表面向内迅速扩散, 在结电场的作用下,最后建立一个与光照强度有关的电动势。