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2017年12月14日 星期四

丁酉(鸡)年十月廿七

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固体中的光电效应 - 正文 [回目录]

  光束照射固体时,进入固体内部的光子如果直接与其中的电子起作用,会改变固体的电学性质,这类现象统称为固体的光电现象。这里要强调“直接”两字,如果光子不是直接与电子起作用,譬如说,是与固体点阵起作用,引起固体的温度升高,导致其电导改变,这一现象就不属于光电效应。
  固体的光电效应有许多种:
  光电导 固体受光照而改变其电导率,是最早发现的光电现象(W.史密斯,1873)。半导体和绝缘体都有这种效应(见半导体的光电导)。
  光电子发射 固体受光照而向体外发射电子的现象。它是H.R.赫兹1887年在金属上发现的。根据光电子发射的研究,发展了有实用价值的光电管。其基本结构是:在抽空的玻璃管的一壁上蒸镀一层发射电子的材料,称为光阴极。再在它的前面安装一网状阴极。当阴极施加正电压,光束照射到光阴极时,从其中发射出来的电子就趋向阳极,形成光电流。测量光电流的大小就反映出入射光的强弱。评价光电管的品质的参量主要有两个:①引起光电子发射的入射光的最长波长,称为长波限。②每个入射光子所能引起的发射电子的数目,称为量子产额。工业生产的光电管大都用铯的化合物作光阴极。长波限在0.60~0.65微米,经过复杂的制作工艺,量子产额可略略超过10%。另有一种光阴极称为S-I光阴极,长波限可达1.1微米,但这时的量子效率已低于0.1%。正在发展中的新光阴极是在Ⅲ-Ⅴ族半导体(二元或三元)上加一薄层铯的氧化物。长波限可超过1.1微米。在1.1微米处的量子产额比S-I光阴极材料至少大十倍。
  光扩散效应 半导体中有两种载流子,即带负电的电子和带正电的空穴。光束照射半导体样品的一个表面时,如果光子的能量适当,就能同时产生电子和空穴。在接近光照面处,光子激发出来的电子和空穴的浓度很大,越向体内,浓度越小。这一浓度梯度促使电子和空穴都向体内扩散。但两者的扩散速度不同,一般说来,电子扩散速度较大,因而电子先扩散到样品的背光那一面,在样品中建立起一个阻止电子扩散而加速空穴扩散的电场。达到稳定状态时,电场的大小正好使电子流密度和空穴流密度相等。这时在样品的两边之间建立起一开路电压,称为扩散电压(图a)。这个现象称为光扩散效应,也称丹倍效应。光扩散电压比较小,常常被其他更显著的效应所遮盖,不易测量。

固体中的光电效应

  光生伏打效应 如果半导体中有一个PN结平行于光照面。光照下,P区和N区之间会产生电动势(图b),称为光生伏打效应。同样现象也可能发生在金属-半导体接触处。
  光磁电效应 设半导体样品本身是均匀的,但放在一个磁场中。图c中磁场方向垂直纸面向外。在光照下电子和空穴都向体内扩散时,受到磁场的作用,分别朝相反两个方向偏转。因而在稳定状态下,AB之间形成一开路电路。因为它是由“光”和“磁”的存在而产生的“电”,因而称为光磁电效应。
  光子曳引效应 与上述几种效应的起源不同,如果入射光的光子能量不足以产生电子-空穴对,但光子可以将动量传递给样品内已有的载流子,譬如说(N型半导体),从而加快电子在光照方向的运动。电子向背光的一端积累,会产生一电场,从而减缓电子的运动。达到稳定状态时,动量的转移速率正好为电场力所平衡。在强激光照射下,可以观测到一个开路电压,称为光子曳引效应。

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更新时间 : 2009-01-20

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