光電效應(yīng)50250

1、[編輯本段]光電效應(yīng)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(zhuǎn)換成電能。這類(lèi)光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱(chēng)為光電效應(yīng)（Photoelectriceffect）。光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱(chēng)外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦第一個(gè)成功的解釋了光電效應(yīng)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。

2、光波長(zhǎng)小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，即極限波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)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(zhǎng)而與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)無(wú)法用光的波動(dòng)性解釋。還有一點(diǎn)與光的波動(dòng)性相矛盾，即光電效應(yīng)的瞬時(shí)性，按波動(dòng)性理論，如果入射光較弱，照射的時(shí)間要長(zhǎng)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?shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)十的負(fù)九次方秒。正確的解釋是光

3、必定是由與波長(zhǎng)有關(guān)的嚴(yán)格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。光電效應(yīng)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(wú)關(guān)光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì)對(duì)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(yīng)由德國(guó)物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(dòng)理論實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)鋅質(zhì)小球之一用紫外

4、線照射，則在兩個(gè)小球之間就非常容易跳過(guò)電花。大約1900年，馬克思布蘭科（MaxPlanck）對(duì)光電效應(yīng)作出最初解釋?zhuān)⒁隽斯饩哂械哪芰堪侥芰浚╭uantised）這一理論。他給這一理論歸咎成一個(gè)等式，也就是E=hf，E就是光所具有的“包裹式”能量，h是一個(gè)常數(shù)，統(tǒng)稱(chēng)布蘭科常數(shù)（Plancksconstant），而f就是光源的頻率。也就是說(shuō)，光能的強(qiáng)弱是有其頻率而決定的。但就是布蘭科自己對(duì)于光線是包裹式的說(shuō)法也不太肯定。1902年

5、，勒納（Lenard)也對(duì)其進(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)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(wú)法根據(jù)當(dāng)時(shí)的理論加以解釋?zhuān)?905年，愛(ài)因斯坦26歲時(shí)提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，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(jié)中移出一個(gè)電子所需的最小能量，f0是光電效應(yīng)發(fā)生的閥值頻率，Em是被射出的電子的最大動(dòng)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(huì)有電子射出。功函數(shù)有時(shí)又以W標(biāo)記。這個(gè)算式與觀察不符時(shí)（即沒(méi)有射出電子或電子動(dòng)能小于預(yù)期），可能是因?yàn)橄到y(tǒng)沒(méi)有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。愛(ài)因斯坦因成功解釋了光電效應(yīng)而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。基于外光電效應(yīng)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(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)放大了的電脈沖，然后送到電子線路去，記錄下來(lái)。內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照在物體上，使物體的電

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

8、三極管。①勢(shì)壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）光照射PN結(jié)時(shí)，若h≧Eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在阻擋層內(nèi)電場(chǎng)的作用下，電子偏向N區(qū)外側(cè)，空穴偏向P區(qū)外側(cè)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光生電動(dòng)勢(shì)。②側(cè)向光電效應(yīng)（丹培效應(yīng)）當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，光照部分產(chǎn)生電子空穴對(duì)，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(kuò)散，如果電子比空穴擴(kuò)散得快，導(dǎo)致光照部分帶正電，未照部分帶負(fù)電，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即為側(cè)向