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第七章：光电效应属于爱因斯坦的桂冠今天这一章我们来讲讲光电效应。
光电效应是指光束照射在金属表面会使其发射出电子的物理效应。
发射出来的电子称为“光电子”。
要发生光电效应，光的频率必须超过金属的特征频率。
1887年，德国物理学者海因里希·赫兹发现，紫外线照射到金属电极上，可以帮助产生电火花。
1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表论文《关于光产生和转变的一个启发性观点》，给出了光电效应实验数据的理论解释。
爱因斯坦主张，光的能量并非均匀分布，而是负载于离散的光量子（光子），而这光子的能量和其所组成的光的频率有关。
这个突破性的理论不但能够解释光电效应，也推动了量子力学的诞生。
由于“他对理论物理学的成就，特别是光电效应定律的发现”，爱因斯坦获1921年诺贝尔物理学奖。
光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
这类光变致电的现象被人们统称为光电效应。
光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。
假若金属里的电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阈值（称为这种金属的逸出功），则此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。
增加光束的辐照度（光束的强度）会增加光束里光子的密度，在同一段时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。
换言之，光电子的能量与辐照度无关，只与光子的能量、频率有关。
逸出功 W 是从金属表面发射出一个光电子所需要的最小能量。
如果转换到频率的角度来看，光子的频率必须大于金属特征的极限频率，才能给予电子足够的能量克服逸出功。
逸出功与极限频率 v0之间的关系为：W=h*v0。
光电效应、光电导效应、光生伏特效应的内容与关系下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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1、光电效应光敏传感器的物理基础是光电效应，在光辐射作用下电子逸出资料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，鉴于这类效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
电子其实不逸出资料表面的则是内光电效应。
光电导效应、光生伏殊效应则属于内光电效应。
即半导体资料的很多电学特征都因遇到光的照耀而发生变化。
光电效应往常分为外光电效应和内光电效应两大类，几乎大部分光电控制应用的传感器都是此类，往常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。
（1）光电导效应若光照耀到某些半导体资料上时，透过到资料内部的光子能量足够大，某些电子汲取光子的能量，从本来的约束态变为导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这类现象叫光电导效应。
它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。
前者是指能量足够大的光子使电子走开价带跃入导带，价带中因为电子走开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参加电导，使电导增添。
杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，进而使电导增添。
杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
（2）光生伏殊效应在无光照时，半导体 PN 结内部自建电场。
当光照耀在 PN结及其邻近时，在能量足够大的光子作用下，在结区及其邻近就产生少量载流子（电子、空穴对）。
载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场 E 的作用，电子漂移到 N 区，空穴漂移到 P 区。
结果使 N 区带负电荷， P 区带正电荷，产生附带电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏殊效应。
2、实验原理（1）光敏电阻利用拥有光电导效应的半导体资料制成的光敏传感器称为光敏电阻。
当前，光敏电阻应用的极为宽泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有合用的光敏电阻。
利用光敏电阻制成的光控开关在我们平时生活中随地可见。
当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为：（1）在（1）式中， e 为电荷电量，为空穴浓度的改变量，为电子浓度的改变量，表示迁徙率。
光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。
所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。
光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。
一．外光电效应(External photoelectric effect)在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。
根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。
因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功A。
各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。
当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。
红限波长可用下式求得：(8-2)式中. c——光速。
外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生，所需时间不超过10-9s。
基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。
图8.3 光电管图8.4 光电管受光照发射电子光电管种类很多，它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图8.3与电源连接在管内形成电场。
光电管的阴极受到适当所示。
图8.4阳极通过RL的照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。
电阻R上产生的电压降正比于空间电流，其值与L照射在光电管阴极上的光成函数关系。
如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。
由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。
光电倍增管的结构如8.5所示。
在玻璃管内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若干个光电倍增极。
光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。
光电倍增极的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。
★光电效应光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。
在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。
光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。
科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响定律定义光电效应光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。
光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
按照粒子说，光是由一份一份不连续的光子组成，当某一光子照射到对光灵敏的金属(如硒)上时，它的能量可以被该金属中的某个电子全部吸收。
电子吸收光子的能量后，动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力，就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子，形成光电流。
单位时间内，入射光子的数量愈大，飞逸出的光电子就愈多，光电流也就愈强，这种由光能变成电能自动放电的现象，就叫光电效应。
赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）。
光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。
临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。
还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。
可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，电子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。
正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。
解释光电导效应
光电导效应，又称为光电效应、光敏效应，是光照变化引起半导体材料电导变化的现象。
当光照射到某些物体上后，引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。
光电导效应是两种内光电效应中的一种。
所谓内光电效应，是指受到光照的半导体的电导率σ发生变化或产生光生电动势的现象。
在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。
光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。
