光電技術(shù)基礎(chǔ)

第1章光電技術(shù)基礎(chǔ)

光具有波粒二象性，即光是以電磁波方式傳播的粒子（光子）；光子具有動量和能量，分別表示為：P：光子動量E：光子的能量h：普郎克常數(shù)ν：光的振動頻率λ：波長長波區(qū)射線區(qū)光學(xué)區(qū)電磁波譜380nm~780nm1.1光輻射的度量★另一類是生理的，叫作光度學(xué)量，是描述光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的強(qiáng)度，即光度量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺特性的人眼所接受到輻射量的度量；它適用于可見光譜區(qū)。在光學(xué)中，用來定量地描述輻射能強(qiáng)度的量有兩類:★一類是物理的，叫作輻射度學(xué)量，是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量；它適用于整個電磁輻射譜區(qū)。1.1.1與光源有關(guān)的輻射度參數(shù)和光度參數(shù)1、輻射能和光能

輻射能Qe是一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接收的能量，單位為焦耳

(J)。

光能QV是光通量在可見光范圍內(nèi)對時間的積分，單位為流明秒

(lm·s)。2、輻射通量和光通量

輻射通量Φe：又稱輻射功率，是輻射能的時間變化率，是單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能。單位為瓦(1W=1J/s)。

光通量ΦV：對可見光，光源表面在無窮小時間段內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的所有可見光譜，其光能被無窮短時間間隔dt來除，其商定義為光通量，單位為lm

(流明)。

輻射出射度Me：輻射體在單位面積內(nèi)所輻射的通量，dΦe

是擴(kuò)展源表面dS在各方向上(通常為半空間立體角)所發(fā)出的總的輻射通量，單位為瓦每平方米

(W/m2)。3、輻射出射度和光出射度

光出射度MV：對可見光，光源表面給定點(diǎn)處單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量，稱為光源在該點(diǎn)的光出射度。單位為勒克斯(lx)

。4、輻射強(qiáng)度和發(fā)光強(qiáng)度

輻射強(qiáng)度

Ie：從一個點(diǎn)光源發(fā)出的，在單位時間內(nèi)、給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的輻射能，單位為瓦每球面度

(W／sr)。

發(fā)光強(qiáng)度

IV：從一個點(diǎn)光源發(fā)出的，在單位時間內(nèi)、給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的光能，單位為坎德拉(cd)。

各向同性的點(diǎn)光源向所有方向發(fā)射的總輻射通量為：一般點(diǎn)光源是各向異性的，其發(fā)光強(qiáng)度分布隨方向而異?？驳吕璠cd]：其定義是555nm波長（540×1012Hz）的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1／683Wsr-1時，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為lcd。它是國際單位制中七個基本單位之一。國際單位制中7個基本單位有哪些？熱力學(xué)溫度（開爾文）物質(zhì)的量（摩爾）發(fā)光強(qiáng)度（坎德拉）長度（米）質(zhì)量（千克）時間（秒）電流（安培）小知識5、輻射亮度和亮度

輻射亮度

Le：由輻射表面定向發(fā)射的的輻射強(qiáng)度，除于該面元在垂直于該方向的平面上的正投影面積，θ為給定方向與面元法線間的夾角。單位為(瓦每球面度平方米)。

光亮度LV：光源表面一點(diǎn)處的面元dA在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度dI與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之比，稱為光源在該方向上的亮度。θ為給定方向與面元法線間的夾角。若輻射亮度Le，光亮度LV與光源發(fā)射輻射的方向無關(guān)，則這樣的的光源稱為余弦輻射體（或郎伯輻射體）。

黑體是理想的余弦輻射體；粗糙表面的輻射體或反射體及太陽等是近似余弦輻射體。什么是余弦輻射體（或郎伯輻射體）

余弦輻射體的出射度與亮度之間的關(guān)系為：6、輻射效率和發(fā)光效率

輻射效率ηe：光源所發(fā)射的總輻射通量與外界提供給光源的功率之比。無量綱。

發(fā)光效率ηV：光源所發(fā)射的總光通量與外界提供給光源的功率之比。單位為流明每瓦。1、輻射照度和照度

輻射照度Ee：投射在單位面積上的輻射通量，單位為(瓦每平方米)。dS是投射輻射通量的面積元。對于理想的散射面，有

Ee=Me

1.1.2與接收器有關(guān)的輻射度參數(shù)和光度參數(shù)

★輻射照度和輻射出射度的單位相同，其區(qū)別僅在于前者是描述輻射接收面所接收的輻射特性，而后者則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。

照度EV：被照明物體給定點(diǎn)處單位面積上的入射光通量，稱為該點(diǎn)的光照度。單位為勒克斯（lx）

勒克斯(lx)，它相當(dāng)于lm的光通量均勻地照在1m2面積上所產(chǎn)生的光照度。

距離平方反比定律

☆用點(diǎn)光源照明時，被照面的照度E與光源的發(fā)光強(qiáng)度I成正比，而與被照面到光源的距離l的平方成反比。

證明?如果被照面不垂直于光線方向，而法線與光線的夾角為θ，則：?對于受到光照后成為面光源的表面來說，其光出射度與光照度成正比，其中ρ為漫反射率，它小于1，它與表面的性質(zhì)無關(guān)。2、輻照量和曝光量

輻射照量He：將照射到物體表面某一面元的輻射照度Ee在時間t內(nèi)的積分。單位為(焦耳每平方米)。

曝光量HV：將照射到物體表面某一面元的照度EV在時間t內(nèi)的積分。單位為(勒克斯秒)。1、關(guān)于輻射度量，正確的是（）A、Ee是描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性；B、Ie為從一個點(diǎn)光源發(fā)出的，給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的輻射能

；C、對于理想的散射面，有Ee=Me

；D、

Φe是輻射能的時間變化率

小測試2、關(guān)于光度量，正確的是（）A、輻射通量的單位為勒克斯

B、發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎德拉C、光通量的單位為流明D、光照度的單位為坎德拉

3、可見光的波長、頻率和光子的能量范圍（給出計算公式）各是多少?1、光源的光譜輻射分布參量1.2光譜輻射分布與量子流速率光源發(fā)射的輻射能在輻射光譜范圍內(nèi)是按波長分布的。光源在單位波長范圍內(nèi)發(fā)射的輻射量稱為輻射量的光譜密度，簡稱光譜輻射量。同理，光譜光度量可表示為：

光源的相對光譜輻射量：絕對光譜輻射分布曲線任一波長λ處的Xe,λ除以峰值波長λmax處的光譜輻射量最大值Xe,λmax的商。

絕對光譜輻射分布曲線：光源的輻射度參量Xe,λ隨波長λ的分布曲線。

相對光譜輻射分布：相對光譜輻射量Xe，λr與波長λ的關(guān)系。光源在波長λ1～λ2范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量為：光源在波長0～

∞范圍內(nèi)發(fā)射的總輻射通量為：光源在波長λ1～λ2范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量與總輻射通量之比稱為光源的比輻射：光源在給定波長λ處，將λ～λ＋dλ范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量dΦe，除以該波長λ的光子能量hν，就得到光源在λ處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率dNe,λ:2、量子流速率1.3、物體熱輻射物體通常以兩種形式發(fā)射輻射能：

⑴熱輻射：凡高于絕對零度的物體都具有發(fā)射輻射的能力，其光譜輻射量Xe,λ是波長λ和溫度T的函數(shù)。

熱輻射體：凡能發(fā)射連續(xù)光譜，且輻射是溫度函數(shù)的物體，如：一切動植物體、太陽、鎢絲白熾燈。

熱輻射（或溫度輻射）：物體靠加熱保持一定溫度使內(nèi)能不變而持續(xù)輻射的輻射形式。鋼鐵加熱過程：在溫度較低（400℃以下）時，它輻射不可見的紅外光；加熱到500℃左右，開始發(fā)射出暗紅色的可見光；隨著加熱溫度的逐漸提高，波長較短的輻射逐步增多；大約在1500℃時發(fā)出白光，其中還有相當(dāng)多的紫外光。觀察發(fā)現(xiàn)為什么？

⑵發(fā)光：靠外部能量激發(fā)的輻射。發(fā)光光譜是非連續(xù)光譜，且不是溫度的函數(shù)。發(fā)光光譜主要是線光譜或帶光譜。發(fā)光有電致發(fā)光、光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、熱發(fā)光、摩擦發(fā)光等等。

能夠完全吸收從任何角度入射的任意波長的外來輻射而無任何反射，并且在每一個方向上都能最大限度地發(fā)射任意波長輻射能的的物體。吸收系數(shù)為1

，發(fā)射系數(shù)為1。1.3.1黑體輻射定律1、黑體

黑體表面向半球空間發(fā)射波長為λ的光譜，其輻射出射度Me,s,λ是黑體溫度T和波長λ的函數(shù)。2、普朗克輻射定律

黑體表面向半球空間發(fā)射波長為λ的光譜，其輻射亮度Le,s,λ和輻射強(qiáng)度Ie,s,λ為：

黑體發(fā)射的總輻射出射度為3、斯忒藩－玻爾茲曼定律黑體輻射的總輻射出射度只和溫度有關(guān)，并與溫度的四次方成正比。

波長取多少時黑體發(fā)射的輻射出射度Me,s,λ最大？有多大？

溫度越高，波長λm越短，即當(dāng)溫度升高時，峰值光譜輻射出射度所對應(yīng)的波長向短波方向移動。4、維恩位移定律例題假設(shè)將人體作為黑體，正常人體溫為36.5℃。計算：⑴正常人發(fā)出的輻射出射度；⑵正常人體的峰值輻射波長及峰值光譜輻射出射度；⑶人體發(fā)燒到38℃時的峰值輻射波長及峰值光譜輻射出射度；輻射體按輻射本領(lǐng)可分為黑體和非黑體；非黑體包括灰體

和選擇性輻射體，也有混合輻射體；

對于各種波長的電磁波的吸收系數(shù)為常數(shù)且與波長無關(guān)的物體，其吸收系數(shù)介于0與1之間的物體。

凡不服從黑體輻射定律的輻射體。1.3.2、熱輻射體的分類及其溫度表示1、熱輻射體的分類⑴輻射溫度Te:當(dāng)熱輻射體發(fā)射的總輻射通量與黑體的總輻射通量相等時，以黑體的溫度標(biāo)度該熱輻射體的溫度。⑵色溫Tf：

當(dāng)熱輻射體在可見光區(qū)域發(fā)射的光譜輻射分布與某黑體的可見光譜輻射分布相同時，以黑體的溫度來標(biāo)度該熱輻射體的溫度。2、熱輻射體的溫度表示⑶亮溫度TV：

當(dāng)熱輻射體在可見光區(qū)某一波長λ0的輻射亮度與黑體在同一波長λ0的輻射亮度相同時，以黑體的溫度來標(biāo)度該熱輻射體的溫度。1.4、輻射度參數(shù)和光度參數(shù)的關(guān)系

明視覺：錐狀細(xì)胞只對亮度超過10-3cd/m2的光才敏感，其敏感的光譜范圍為可見光，在555納米處最為敏感，而且能分辨顏色。這種視覺功能稱為明視覺或錐體細(xì)胞視覺；

暗視覺：亮度低于10-3cd/m2的時，柱狀細(xì)胞起作用。其敏感的光譜范圍為0.33微米~0.73微米，在507納米處最為敏感，不能分辨顏色。這種視覺功能稱為暗視覺或夜間視覺；

人眼對各種波長的光的感光靈敏度是不一樣的，一般情況下，對綠光最靈敏，對紅光靈敏度較差。

視見函數(shù)：國際照明委員會（CIE）根據(jù)對許多人的大量觀察結(jié)果，用平均值的方法，確定了人眼對各種波長的光的平均相對靈敏度，稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”的光譜光視效率V(λ),或稱視見函數(shù)。對于明視覺，刺激程度平衡條件為：其中：Km為555納米處的光度量對輻射度量的轉(zhuǎn)換常數(shù)。光度參量輻射度參量對于暗視覺，刺激程度平衡條件為：光度參量輻射度參量其中：為507納米處的光度量對輻射度量的轉(zhuǎn)換常數(shù)。1、已知某激光器的輸出功率為3mW，波長視見函數(shù)為0.24，試計算其發(fā)出的光通量。例題2、Ｈe-Ne激光功率Ｐ＝lmw，波長λ＝633nm，光束的截面積A=1mmxmm,光束的發(fā)散角Ω＝10-3sr，求激光的亮度L。一、能帶理論1.5半導(dǎo)體基礎(chǔ)1、原子中電子的能級★能級：在孤立原子中，原子核外的電子繞原子核運(yùn)動，它們具有完全確定的能量，這種穩(wěn)定的運(yùn)動狀態(tài)稱為量子態(tài)。每一量子態(tài)所取的確定能量稱為能級。介于各能級之間的量子態(tài)是不存在的。2、晶體中電子的能帶★能帶：晶體中大量的原子集合在一起，而且原子之間距離很近，致使離原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊，殼層交疊使電子不再局限于某個原子上，有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運(yùn)動到更遠(yuǎn)的原子殼層上去，這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。從而使本來處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量差異，與此相對應(yīng)的能級擴(kuò)展為能帶?！锝麕В壕w中允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶，允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的，此范圍稱為禁帶。被電子占滿的允許帶稱為滿帶，每一個能級上都沒有電子的能帶稱為空帶。

★價帶：原子中最外層的電子稱為價電子，與價電子能級相對應(yīng)的能帶稱為價帶。

★導(dǎo)帶：價帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶。

允許帶（導(dǎo)帶）允許帶（價帶）允許帶（滿帶）禁帶禁帶★導(dǎo)帶的底能級表示為Ec（或E-），價帶的頂能級表示為Ev（或E+）

，Ec與Ev之間的能量間隔稱為禁帶Eg。導(dǎo)帶價帶禁帶二、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識?半導(dǎo)體兩端加電壓后:★如果價帶中填滿了電子而沒有空能級，在外電場的作用下，又沒有足夠的能量躍遷到導(dǎo)帶，那么價帶中的電子是不導(dǎo)電的。價帶導(dǎo)帶禁帶(滿帶)★如果價帶中的電子在外界作用下，能夠躍遷到導(dǎo)帶中，則價帶中留空位，鄰近能級上的電子在電場作用下可以躍入這些空位，而在這些電子原來的能級上就出現(xiàn)空位。這樣有些電子在原來熱運(yùn)動上迭加定向運(yùn)動而形成電流。價帶導(dǎo)帶禁帶★由于導(dǎo)帶中存在大量的空能級，所以在外電場的作用下，導(dǎo)帶電子能夠得到足夠的能量躍遷到空的能級上，形成電流，所以導(dǎo)帶電子是可以導(dǎo)電的。價帶導(dǎo)帶禁帶?價電子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化,使它躍遷到新的能級上的條件是：能給電子提供足夠能量的外界作用、電子躍入的能級是空的。價帶導(dǎo)帶禁帶N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體摻雜對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響：

半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級，價帶中的電子若先躍遷到這些能級上然后再躍遷到導(dǎo)帶中去，要比電子直接從價帶躍遷到導(dǎo)帶容易得多。因此雖然只有少量雜質(zhì)，卻會明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴數(shù)目，從而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。

在一定溫度下，若沒有其他的外界作用，半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是由熱激發(fā)產(chǎn)生的。電子從不斷熱振動的晶體中獲得一定的能量，從價帶躍遷到導(dǎo)帶，形成自由電子，同時在價帶中出現(xiàn)自由空穴。在熱激發(fā)同時，電子也從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量的量子狀態(tài)，向晶格放出能量，這就是載流子的復(fù)合。在一定溫度下，激發(fā)和復(fù)合兩種過程形成平衡，稱為熱平衡狀態(tài)，此時的載流子成為熱平衡載流子，它的濃度即為某一穩(wěn)定值。三、熱平衡載流子★根據(jù)量子理論和泡利不相容原理，能態(tài)分布服從費(fèi)米統(tǒng)計分布規(guī)律?！镌谀硿囟认聼崞胶鈶B(tài)，能量為E的能態(tài)被電子占據(jù)的概率由費(fèi)米-狄拉克函數(shù)給出，即

熱平衡時半導(dǎo)體中自由載流子濃度與兩個參數(shù)有關(guān)：一是在能帶中能態(tài)（或能級）的分布，二是這些能態(tài)中每一個能態(tài)可能被電子占據(jù)的概率。f(E)：費(fèi)米分布函數(shù)，能量E的概率函數(shù)k：波耳茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/KT：絕對溫度EF：費(fèi)米能級(絕對零度時的電子的最高能級)費(fèi)米-狄拉克函數(shù)曲線當(dāng)E=EF時，f(E)=1/2當(dāng)E<EF時，f(E)>1/2當(dāng)E>EF時，f(E)<1/2★若(E－EF)>>kT時

隨著E的增加，f(E)迅速減小，所以導(dǎo)帶中的大部分電子的能量是在導(dǎo)帶底EC附近。同樣價帶中空穴的絕大部分都在價帶頂EV附近。

EF為表征電子占據(jù)某能級E的概率的“標(biāo)尺”，它定性表示導(dǎo)帶中電子或價帶中空穴的多少。常溫下EF隨材料摻雜程度而變化。對于本征半導(dǎo)體

EF≈(EC+EV

)/2

一般，費(fèi)米能級在禁帶中，(E－EF)比kT

大得多。所以半導(dǎo)體的導(dǎo)帶電子濃度n和價帶空穴濃度p分別為：N－為導(dǎo)帶的有效能級密度N＋為價帶的有效能級密度ni稱為半導(dǎo)體的本征載流子濃度對本征半導(dǎo)體而言n=p

對于一種確定的半導(dǎo)體，不管它是本征半導(dǎo)體還是雜質(zhì)半導(dǎo)體，也不管摻雜的程度如何，在熱平衡狀態(tài)下，兩種載流子的濃度乘積必定等于一個常數(shù)——本征載流子濃度的平方。a)重?fù)诫sP型

b)輕摻雜P型

c)本征型d)輕摻雜N型

e)重?fù)诫sN型小測試半導(dǎo)體的費(fèi)米能級圖如下圖所示，以下表述中正確的是（

）A、（1）是本征半導(dǎo)體（2）是N型半導(dǎo)體（3）是P型半導(dǎo)體B、（1）是本征半導(dǎo)體（2）是P型半導(dǎo)體（3）是N型半導(dǎo)體C、（1）是N型半導(dǎo)體（2）是P型半導(dǎo)體（3）是本征半導(dǎo)體D、（1）是P型半導(dǎo)體（2）是N型半導(dǎo)體（3）是本征半導(dǎo)體四、非平衡載流子

半導(dǎo)體在外界條件有變化（如受光照、外電場作用、溫度變化）時，載流子濃度要隨之發(fā)生變化，此時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為非熱平衡態(tài)。載流子濃度對于熱平衡狀態(tài)時濃度的增量稱為非平衡載流子。1、產(chǎn)生非平衡載流子的方法對于弱光注入

n=n0+Δn≈n0

p=p0+Δp≈Δp此時受影響最大的是少子濃度，可認(rèn)為一切半導(dǎo)體光電器件對光的響應(yīng)都是少子行為。例如：一N型硅片，室溫下，n0=5.5×1015cm-3，p0=3.5×104cm-3；弱光注入下，Δn=Δp=1010cm-3，此時非平衡載流子濃度

n=n0+Δn=5.5×1015+1010≈5.5×1015cm-3

p=p0+Δp=3.5×104+1010≈1010cm-3非平衡載流子壽命

τ（1）非平衡載流子從產(chǎn)生到復(fù)合之前的平均存在時間。（2）當(dāng)非平衡載流子的濃度衰減到原來的1/e所需的時間。（3）它表征非平衡載流子的復(fù)合的快慢，τ小表示復(fù)合快，τ大表示復(fù)合慢。2、非平衡載流子的壽命3、載流子的運(yùn)動

在電場作用下，任何載流子都要作漂移運(yùn)動。一般情況下，少數(shù)載流子比多數(shù)載流子少得多，因此漂移電流主要是多數(shù)載流子的貢獻(xiàn)。在擴(kuò)散情況下，只有光照所產(chǎn)生的少數(shù)載流子存在很大的濃度梯度，所以對擴(kuò)散電流的貢獻(xiàn)主要是少數(shù)載流子。1.6半導(dǎo)體對光的吸收1、物體對光吸收的一般規(guī)律

當(dāng)光在物質(zhì)中傳播時，透過的能量衰減到原來能量的e-1時所通過的路程xα的倒數(shù)等于該物質(zhì)的吸收系數(shù)。2、半導(dǎo)體對光的吸收

由于光子的作用使電子由價帶躍遷到導(dǎo)帶而引起的吸收稱為本征吸收。

物體受光照射，一部分被物體反射，一部分被物體吸收，其余的光透過物體。半導(dǎo)體材料吸收光子能量轉(zhuǎn)換成電能是光電器件的工作基礎(chǔ)。⑴本征吸收

產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量（hν）至少要等于材料的禁帶寬度。即截止波長⑵雜質(zhì)吸收

雜質(zhì)能級上的電子（或空穴）吸收光子能量從雜質(zhì)能級躍遷到導(dǎo)帶（空穴躍遷到價帶），這種吸收稱為雜質(zhì)吸收。雜質(zhì)吸收的波長閾值多在紅外區(qū)或遠(yuǎn)紅外區(qū)。⑶自由載流子吸收

導(dǎo)帶內(nèi)的電子或價帶內(nèi)的空穴也能吸收光子能量，使它在本能帶內(nèi)由低能級遷移到高能級，這種吸收稱為自由載流子吸收，表現(xiàn)為紅外吸收。⑷激子吸收

價帶中的電子吸收小于禁帶寬度的光子能量也能離開價帶，但因能量不夠還不能躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子。這時，電子實(shí)際還與空穴保持著庫侖力的相互作用，形成一個電中性系統(tǒng)，稱為激子。能產(chǎn)生激子的光吸收稱為激子吸收。這種吸收的光譜多密集與本征吸收波長閾值的紅外一側(cè)。⑸晶格吸收

半導(dǎo)體原子能吸收能量較低的光子，并將其能量直接變?yōu)榫Ц竦恼駝幽?，從而在遠(yuǎn)紅外區(qū)形成一個連續(xù)的吸收帶，這種吸收稱為晶格吸收。

在這幾種吸收中，只有本證吸收和雜質(zhì)吸收能夠直接產(chǎn)生非平衡載流子，引起光電效應(yīng)。其它吸收把輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，使器件溫度升高。1.7光電效應(yīng)

當(dāng)光照射到物體上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化，或產(chǎn)生光電動勢等，這種因光照而引起物體電學(xué)特性的改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。

本世紀(jì)最偉大的科學(xué)家之一愛因斯坦以他在1905年發(fā)表的相對論而聞名于世，而他在1925年獲得諾貝爾獎是由于他對發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的貢獻(xiàn)。外光電效應(yīng)——物體受到光照后向真空中發(fā)射電子的現(xiàn)象，也稱光電發(fā)射效應(yīng)。這種效應(yīng)多發(fā)生在金屬和金屬氧化物。光電效應(yīng)分類：內(nèi)光電效應(yīng)——物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動而不會溢出物體外部的現(xiàn)象。這種效應(yīng)多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。1、光電導(dǎo)效應(yīng)

光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時，材料吸收光子的能量，使非傳導(dǎo)態(tài)電子變?yōu)閭鲗?dǎo)態(tài)電子，引起載流子濃度增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。1.7.1、內(nèi)光電效應(yīng)

光電導(dǎo)體的靈敏度：在一定光強(qiáng)下光電導(dǎo)的強(qiáng)弱。光電導(dǎo)體的靈敏度與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。（1）在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)體的靈敏度與光電導(dǎo)材料兩個電極間距的平方成反比。而且半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與入射輻射通量是線性關(guān)系。為了提高光電導(dǎo)體的靈敏度，需要將光敏電阻的形狀制造成蛇形。光電導(dǎo)靈敏度Sg（2）在強(qiáng)輻射作用下，半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與入射輻射通量是非線性關(guān)系。當(dāng)輻射很強(qiáng)時，變?yōu)閽佄锞€關(guān)系。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。

當(dāng)光照均勻半導(dǎo)體一部分時，由于光生載流子的濃度梯度不同而引起載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，但電子和空穴的遷移率不同而導(dǎo)致兩種載流子分開，從而出現(xiàn)光生電勢，這種現(xiàn)象稱為丹倍效應(yīng)。2、光生伏特效應(yīng)⑴丹倍效應(yīng)①熱平衡態(tài)下的P-N結(jié)在熱平衡條件下，結(jié)區(qū)有統(tǒng)一的EF；在遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)的部位，EC、EF、Eν之間的關(guān)系與結(jié)形成前狀態(tài)相同。⑵勢壘效應(yīng)

N型、P型半導(dǎo)體單獨(dú)存在時，EFN與EFP有一定差值。當(dāng)N型與P型兩者緊密接觸時，電子要從費(fèi)米能級高的一方向費(fèi)米能級低的一方流動，空穴流動的方向相反。同時產(chǎn)生內(nèi)建電場，內(nèi)建電場方向?yàn)閺腘區(qū)指向P區(qū)。在內(nèi)建電場作用下，EFN將連同