【正文】 ， 也會(huì)有光電子射出 。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從光開始照射至金屬釋放電子所需時(shí)間不超過 109s。 向外發(fā)射的電子叫做光電子 。不同的半導(dǎo)體單晶材料的 Eg值不同，光發(fā)波長(zhǎng)也不同，因?yàn)殡娮雍涂昭ǘ际翘幱谀軒е?，不同的電子和空穴的能?jí)有所差別，復(fù)合發(fā)光的波長(zhǎng)有所差別，但其頻率接近于 γ。反之，導(dǎo)帶中的一個(gè)電子也可以躍遷到價(jià)帶中去，在價(jià)帶中填補(bǔ)一個(gè)空穴，把這一過程叫做復(fù)合。 當(dāng)價(jià)帶中一個(gè)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，在價(jià)帶中就留下了一個(gè)電子的空位。如果 Eg較大，則需要較大的激勵(lì)能量把價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中去。這樣一來，晶體材料就可以導(dǎo)電了。 與原子的最多層軌道的價(jià)電子相對(duì)應(yīng)的能帶叫做價(jià)帶 。 第一節(jié) 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 一 、 半導(dǎo)體的光吸收 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí) ， 價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導(dǎo)率變大 。 導(dǎo)帶 價(jià)帶 禁帶 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價(jià)電子所占能帶 Eg 半導(dǎo)體單晶材料的原子是按一定規(guī)律緊密排列的。 價(jià)帶上面的能帶稱為導(dǎo)帶 。把導(dǎo)帶底的能量記作 EC，把價(jià)帶頂?shù)哪芰坑涀?EV。對(duì)于絕緣體材料，由于禁帶寬度 Eg很大，價(jià)帶中的電子很難遷到導(dǎo)帶中去，因而它表現(xiàn)出良好的絕緣性能。在電場(chǎng)的作用下，價(jià)帶中鄰近的電子就會(huì)填補(bǔ)這個(gè)空位，而把它自己的位置空出來，這就好象空位本身在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生移動(dòng)一樣。在復(fù)合時(shí)，電子把大約等于禁帶寬度 Eg的能量釋放出來。 ? ? Ehg二 、 半導(dǎo)體的光導(dǎo)效應(yīng) 三 、 半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng) 一 、 光電效應(yīng) 是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量 ， 從而產(chǎn)生的電效應(yīng) 。 基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管 、 光電倍增管等 。 根據(jù)能量守恒定理 m— 電子質(zhì)量； v0— 電子逸出速度； A0表面電子逸出功 02021 Amh ?? ??該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。 ?當(dāng)入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。 當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率 ρ發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象 叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。 導(dǎo)帶 價(jià)帶 禁帶 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價(jià)電子所占能帶 Eg 材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對(duì)于一種光電導(dǎo)材料，總存在一個(gè)照射光波長(zhǎng)限 λ0，只有波長(zhǎng)小于 λ0的光照射在光電導(dǎo)體上，才能產(chǎn)生電子能級(jí)間的躍進(jìn)，從而使光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。 ① 勢(shì)壘效應(yīng) （ 結(jié)光電效應(yīng) ） 。 一、光敏電阻 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。 為實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷 ，入射光的能量必須大于光導(dǎo)體材料的禁帶寬度 Eg， 即 hν= = ≥Eg(eV) 式中 ν和 λ— 入射光的頻率和波長(zhǎng) 。 光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng) ， 只限于光照的表面薄層 ， 雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去 ， 但擴(kuò)散深度有 A 金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖 光導(dǎo)電材料 絕緣襯低 引線 電極 引線 光電導(dǎo)體 限 ， 因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層 。 3金屬外殼 。 7電阻引線 。 CdS光敏電阻的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響 ， 因此要將導(dǎo)光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在玻璃殼體中 。 RG RL E I 2. 光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性 （ 1）暗電阻、亮電阻、光電流 暗電流： 光敏電阻在室溫條件下 ， 全暗 （ 無光照射 ）后經(jīng)過一定時(shí)間測(cè)量的電阻值 ， 稱為暗電阻 。 光電流： 亮電流與暗電流之差 。 （ 2）光照特性 下圖表示 CdS光敏電阻的光照特性 。 一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān) 。 20 40 60 80 100 40 80 120 160 200 240 λ/μm 3 1 2 相對(duì)靈敏度 1—— 硫化鎘 2—— 硒化鎘 3—— 硫化鉛 （ 4） 伏安特性 在一定照度下 ， 加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性 。 但是電壓不能無限地增大 ， 因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率 、 最高工作電壓和額定電流的限制 。 硫化鉛 的使用頻率比 硫化鎘 高得多，但多數(shù)光敏電阻的 時(shí)延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。 光敏電阻在開始一段時(shí)間的老化過程中 ， 有些樣品阻值上升 ， I / % 40 80 120 160 2 1 T/h 0 400 800 1200 1600 有些樣品阻值下降，但最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值后就不再變了。 隨著溫度的升高 ， 其暗電阻和靈敏度下降 ， 光譜特性曲線的峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng) 。 I / μA 100 150 200 50 10 30 50 10 30 T / 186。 由于它可把太陽能直接變電能 ， 因此又稱為太陽能電池 。 如 ， 硒光電池 、 砷化鎵光電池 、 硅光電池等 。 ?砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高 ， 光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最吻合 。 它是在一塊 N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些 P型雜質(zhì) (如硼 )形成 PN結(jié) 。 1. 光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光電池的結(jié)構(gòu)圖 I 光 (b) 光電池的工作原理示意圖 P N 光電池的表示符號(hào) 、 基本電路及等效電路如圖所示 。 按材料分 ， 光電二極管有硅 、 砷化鎵 、 銻化銦光電二極管等許多種 。 2CU系列以 NSi為襯底， 2DU系列以 PSi為襯底。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似 、 它裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結(jié)裝在管頂 ， 可直接受到光照射 。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流； 受光照射時(shí)， PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，從而使 P區(qū)和 N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 N區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 P區(qū)，從而使通過 PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流 。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發(fā)射極一邊做的很大 ,以擴(kuò)大光的照射面積 ,且其基極不接引線。 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí) ， 相對(duì)靈敏度要下降 。 4000 8000 12022 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長(zhǎng)為 9000197。 0 500lx 1000lx 1500lx 2022lx 2500lx I/mA 2 4 6 20 40 60 80 光敏晶體管的伏安特性 （ 2）伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示 。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 60