光電效應50250

1、[編輯本段]光電效應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（Photoelectriceffect）。光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應。赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。

2、光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面?？墒聦嵤牵灰獾念l率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光

3、必定是由與波長有關的嚴格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(chǎn)生影響.[編輯本段]理論發(fā)展歷史光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(fā)展量子理論起了根本性作用。1887年，首先是赫茲（M.Hertz）在證明波動理論實驗中首次發(fā)現(xiàn)的。當時，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個鋅質(zhì)小球之一用紫外

4、線照射，則在兩個小球之間就非常容易跳過電花。大約1900年，馬克思布蘭科（MaxPlanck）對光電效應作出最初解釋，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）這一理論。他給這一理論歸咎成一個等式，也就是E=hf，E就是光所具有的“包裹式”能量，h是一個常數(shù)，統(tǒng)稱布蘭科常數(shù)（Plancksconstant），而f就是光源的頻率。也就是說，光能的強弱是有其頻率而決定的。但就是布蘭科自己對于光線是包裹式的說法也不太肯定。1902年

5、，勒納（Lenard)也對其進行了研究，指出光電效應是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無法根據(jù)當時的理論加以解釋；1905年，愛因斯坦26歲時提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得19(12)mv^2其中h是普朗克常數(shù)，h=6.6310^34Js，f是入射光子的頻率，φ是功函數(shù)，從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量，f0是光電效應發(fā)生的閥值頻率，Em是被射出的電子的最大動能，m是被發(fā)射電子的靜止質(zhì)量，v是被發(fā)射

6、電子的速度注：如果光子的能量（hf）不大于功函數(shù)（φ），就不會有電子射出。功函數(shù)有時又以W標記。這個算式與觀察不符時（即沒有射出電子或電子動能小于預期），可能是因為系統(tǒng)沒有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。愛因斯坦因成功解釋了光電效應而獲得1921年諾貝爾物理學獎。基于外光電效應的電子元件有光電管、光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉換成一個個放大了的電脈沖，然后送到電子線路去，記錄下來。內(nèi)光電效應當光照在物體上，使物體的電

7、導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。分為光電導效應和光生伏特效應（光伏效應）。1光電導效應在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化。當光照射到光電導體上時，若這個光電導體為本征半導體材料，且光輻射能量又足夠強光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導帶上去，使光導體的電導率變大?；谶@種效應的光電器件有光敏電阻。2光生伏特效應在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。基于該效應的器件有光電池和光敏二極管、

8、三極管。①勢壘效應（結光電效應）光照射PN結時，若h≧Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，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，空穴偏向P區(qū)外側，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，形成光生電動勢。②側向光電效應（丹培效應）當半導體光電器件受光照不均勻時，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，引起載流子擴散，如果電子比空穴擴散得快，導致光照部分帶正電，未照部分帶負電，從而產(chǎn)生電動勢，即為側向