文档介绍：(2)本征吸收
价带电子吸收光子越过禁带直接到导带
本征吸收
本征吸收的实现条件:
光子能量:
可见光可激发的最大禁带宽度:
禁带宽度大于 的非金属不可能以这种机理吸收光子
的高纯度材料应无色透明
的材料:对可见光不透明
可见光能量最小的光子:
红光子
禁带宽度小于 的材料可吸收各种可见光子
的材料:部分吸收可见光、带色透明
非金属材料的不透明波长:
红线
金刚石:
红线
杂质能级
(3)杂质吸收(禁带中的吸收)
价电子吸收光子进入禁带中的杂质或缺陷能级;杂质或缺陷能级上的电子吸收光子到导带
杂质或缺陷能级起到从价带向导带转移电子的中转站
禁带中杂质或缺陷能级的存在使价电子能吸收更小能量的光子
禁带中的吸收只有当材料中含有较多杂质时才显著
导带电子可直接跃迁到价带与空穴复合、也可经杂质能级再到价带,产生能量不同的光子
4、绝缘体的半透明和不透明性
绝缘单晶体:
大、光透明
实际陶瓷材料:不仅不是单晶体、而且是多相体
晶相、非晶相、气相(气孔)
组成上:除基本成分外、还有添加剂、填料、杂质
多晶材料(即使仅晶相):也可能是半透、甚至不透明
多相材料:不仅存在晶界上的散射,晶相、非晶相、气相
多相体:
原因:各微晶取向不同,晶界上的反射和折射引起光线的散射
(晶体折射率各向异性)
间的界面上存在更强的散射
(折射率差异更大)
透光性较多晶材料差
高分子聚合物
纯非晶、均相:透明(折射率各处相同)
结晶性聚合物:半透、甚至不透明
晶相组成:晶区和非晶区
折射率差异大、界面散射强
1、发光现象
四、其它光学现象
光
可见光
发光:产生的电磁辐射光子为可见光子的过程
可见光子的能量:
如:聚乙烯、全同立构聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙等
提供发光体能量—电能、热能、电磁辐射能、化学能等
实现持续发光的条件:
物质发的光为两种:热光和冷光
冷光则非温度升高所致,另有发光机理
热光由温度升高所致
如:灯泡发光
物质因受外来光线、电子和高能粒子的照射或冲击等
光致发光
自然界中的许多生物发光:细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等。动物发光不是温度升高所致,-“冷光”
冷光发光分为二类:荧光和磷光
荧光的延迟时间:
磷光的延迟时间:
发光延迟时间
荧光发光过程:
导带中的电子直接跃迁到价带、与空穴复合的过程
磷光发光过程:
磷光体中的杂质、在禁带中产生杂质能级
冷光源是新型高效光源
荧光与磷光的区别:电子由激发态回到基态所经过的途径不同,从激发至发光的时间间隔不同
光源切断后还能看到的光-磷光,而荧光则会很快消失
导带电子
杂质能级、被捕获
价带、与空穴复合
逸出捕获阱
发光的延迟时间长
荧光发光
荧光灯
水银和惰性气体的混合气体
辉光放电
紫外线
激发荧光剂
荧光剂的发光弛豫时间越小越好
荧光剂的基质:
卤代磷酸钙,
荧光剂的活化剂:
锑、锰
磷光发光
电视机荧光屏
荧光屏的磷光剂的弛豫时间要适当
过短或过长
缺影或重影
2、光电性
光电性:光照到材料上引起材料的电导率的变化
光电材料
半导体材料
光
半导体
价电子激发
或产生电流的现象
导带电子、价带空穴增加电导率增大
一定范围内:
(光强)
光电导:
光电流:
太阳能电池工作原理
常用磷光剂基质: (Ca, Sr, Ba, Zn, Cd 等)金属硫化物
活化剂:金属 Ag, Cu, Mn, Al 等
PN结内电场
太阳能电池工作原理
太阳光照射 PN 结
P 区和 N 区产生电子和空穴
PN 结内电场的形成
P 区电子和 N 区空穴(少数载流子)
形成光电流
(内电场作用)
太阳能电池工作原理与发光二极管相反
发光二极管
N 区多数载流子—电子与P 区多数载流子—空穴复合发光