光电效应

光电效应时使用以下算式： 光子能量= 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常数，h = 6.63 ×10^-34 J·s， f是入射光子的频率，φ是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量， f0是光电效应发生的阀值频率，Em是被射出的电子的最大动能， m是被发射电子的静止质量， v是被发射电子的速度 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/albums/14336/14336/0/0.html#0$389aa8fd55b2105608244d31" 光电效应 　　注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。 　　基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，下来。 内光电效应 　　当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。 　　1 光电导效应　　 在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。 　　当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。 　　基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 　　2 光生伏特效应　　 在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。 　　①势垒效应（结光电效应） 　　光照射PN结时，若hf≧Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，形成光生电动势。 　　②侧向光电效应（丹培效应） 　　当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分产生电子空穴对，载流子浓度比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度，引起载流子扩散，如果电子比空穴扩散得快，导致光照部分带正电，未照部分带负电，从而产生电动势，即为侧向光电效应。 　　③光电磁效应 　　半导体受强光照射并在光照垂直方向外加磁场时，垂直于光和磁场的半导体两端面之间产生电势的现象称为光电磁效应，可视之为光扩散电流的霍尔效应。 　　④贝克勒耳效应 　　是指液体中的光生伏特效应。当光照射浸在电解液中的两个同样电极中的一个电极时，在两个电极间产生电势的现象称为贝克勒耳效应。感光电池的工作原理基于此效应。 　　⑤紫外线光电效应 　　[1]当紫外线照射到某些金属的表面时，金属内部的自由电子逸出金属表面，这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的内容之一。早在1887年德国物理学家[2]（1857~1894）在研究紫外线辐射时，首先发现光电发射现象。在1888年光电发射有被俄国物理学家斯托列托夫（1839~1896）用实验证明了这一现象。 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/albums/14336/14336/0/0.html#0$a6aed01b24c33dbaae513333" 光电效应 　　3 光子牵引效应 　　当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。结果，在开路的情况下，半导体样品将产生电场，它阻止载流子的运动。这个现象被称为光子牵引效应。 编辑本段爱因斯坦光量子解释 　　1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广。他指出：不仅黑体和辐射场的能量交换是量子化的，而且辐射场本身就是由不连续的光量子组成，每一个光量子的能量与辐射场频率之间满足ε=hν，即它的能量只与光量子的频率有关，而与强度（振幅）无关。 　　爱因斯坦光电效应方程 　　根据爱因斯坦的光量子理论，射向金属表面的光，实质上就是具有能量ε=hν的光子流。如果照射光的频率过低，即光子流中每个光子能量较小，当他照射到金属表面时，电子吸收了这一光子，它所增加的ε=hν的能量仍然小于电子脱离金属表面所需要的逸出功，电子就不能脱离开金属表面，因而不能产生光电效应。如果照射光的频率高到能使电子吸收后其能量足以克服逸出功而脱离金属表面，就会产生光电效应。此时逸出电子的动能、光子能量和逸出功之间的关系可以表示成：光子能量= 移出一个电子所需的能量（逸出功）+ 被发射的电子的动能。 　　即：hf=(1/2)mv^2+Φ 　　这就是爱因斯坦光电效应方程。 　　其中，h是普朗克常数；f是入射光子的频率 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/albums/14336/14336/0/0.html#0$9113862218d9ccb3d6cae23d" 光电效应 　　功函数 　　Φ是功函数，指从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，表达式如右图，其中f0是光电效应发生的阀值频率，即极限频率；功函数有时又以W或A标记。 　　动能表达式 　　E(kmax)是逸出电子的最大动能，如右图；m是被发射电子的静止质量；vm是被发射电子逸出时的初速度。 　　注：这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。 　　实验电路 　　根据爱因斯坦光量子理论，光电效应中光电子的能量决定于照射光的频率，而与照射光的强度无关，故可以解释实验规律的第一、第二两条。其中的极限频率是指光量子的能量刚好满足克服金属逸出功的光量子频率，而不同的金属电子逸出所需要的能量不同，所以不同金属的极限频率不同。对第三条，由于当光量子的能量足够，不管光强（只决定于光量子的数目）如何，电子在吸收了光量子后都可马上逸出，故可立即产生光电效应，不需要积累过程。当光照射到金属表面时，其强度越大表明光量子数越多，它被金属中电子吸收的可能性越大，因此就可以解释为什么被打出的电子数只与光的强度有关而与光的频率无关。 编辑本段光量子解释的实验验证 　　爱因斯坦用光量子理论对光电效应提出理论解释后，最初科学界的反应是冷淡的，甚至相信量子概念的一些物理学家也不接受光量子假说。尽管理论与已有的实验事实并不矛盾，但当时还没有充分的实验来支持爱因斯坦光电效应方程给出的定量关系。直到1916年，光电效应的定量实验研究才由美国 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/15707.htm"物理学家密立根完成。 　　密立根对光电效应进行了长期的研究，经过十年之久的试验、改进和学习，有效地排除了表面接触电位差等因素的影响，获得了比较好的单色光。他的实验非常出色，于1914年第一次用实验验证了爱因斯坦方程是精确成立的，并首次对普朗克常数h作了直接的光电测量，精确度大约是0.5%(在实验误差范围内)。1916年密立根发表了他的精确实验结果，他用6种不同频率的单色光测量反向电压的截止值与频率关系曲线关系，这是一条很好的直线，从直线的斜率可以求出的普朗克常数。结果与普朗克1900年从黑体辐射得到的数值符合得很好。 编辑本段衍生 　　(一)反常光生伏特效应： 　　光生伏特效应 　　一般光生电压不会超过Vg=Eg/e,但某些薄膜型半导体被强白光照射会出现比Vg高的多的光生电压，称反常光生伏特效应。（已观察到5000V的光生电压） 　　70年代又发现光铁电体的反常光生伏特效应（APV）可产生1000V到100000V的电压，且只出现在晶体自发极化方向上， 　　光生电压：V=(Jc/(σD+△σl))l 　　(二)贝克勒尔效应： 　　将两个同样的电极浸在电解液中，其中一个被光照射，则在两电极间产生电位差，称为贝克勒尔效应。 　　（有可能模仿光合作用制成高效率的太阳能电池） 　　(三)光子牵引效应： 　　当一束光子能量不足以引起电子-空穴产生的激光照射在样本上，可在光束方向上于样本两端建立电势差VL，其大小与光功率成正比，称为光子牵引效应。 　　(四)俄歇效应（1925年法国人俄歇） 　　用高能光子或电子从原子内层打出电子，同时产生确定能量的电子（俄歇电子），使原子、分子称为高阶离子的现象称为俄歇效应。 　　应用：俄歇电子能谱仪用于表面分析，可辨别不同分子的“指纹”。 　　光电效应 　　(五)光电流效应（1927年潘宁） 　　放电管两级间有光致电压（电流）变化称为光电流效应。 　　（1）：低压气体可以放电（约100Pa的惰性气体） 　　（2）：空间电荷效应与辉光放电： 　　放电管中由阴极到阳极存在7个不同的区域： 　　1：阿斯顿暗区：靠近阴极很薄的一层暗区。原因：从阴极由正离子轰击出的二次电子动能很小，不足以激发原子发光。 　　2：阴极辉区：继阿斯顿暗区后很薄的发光层。 　　3：阴极暗区：电子从阴极达到该区，获能量越来越大，超过原子电离能，引起大量碰撞电离，雪崩电离过程集中发生在这里。产生电离后电子很快离开，这里形成了很强的正空间电荷，引起电场分布畸变，管压大部分降在此处和阴极间 　　以上三区为阴极位降区。 　　4：负辉区：是发光最强的区域。电子在负辉区产生许多激发碰撞发出明亮的辉光。 　　5：法拉第暗区：电子在负辉区损失能量，进入此区无足够的能量产生激发。 　　6：正柱区：在此区电子密度与正离子密度相等，净空间电荷为零，因此又称等离子区。 　　7：阳极区：可看到阳极暗区和阳极辉区。应用：气体放电器件，如气体放电灯（荧光灯、霓虹灯、原子光谱灯、氖泡）、稳压管、冷阴极闸流管等。激光器中用正柱区实现粒子束反转，粒子束装置中冷阴极离子源，半导体工艺中等离子体刻蚀，薄膜溅射沉积，等离子体化学沉积等。 　　（3）：光电流效应机理：亚稳态（寿命约10^(-4)s到10^(-2)s）原子较中性原子易于电离，多产生一些激发原子，尤其是亚稳态原子，可能改变放电管中载流子浓度。 　　（4）：光电流光谱技术应用：光电流光谱无需常规光谱仪的光学系统，从紫外、可见、红外到微波都可产生光电流效应。光电流光谱有8个数量级的动态范围，灵敏度高、噪声小，是一种超灵敏的光谱技术。（1976年格林等用激光证实光电流光谱） 　　（5）：焦希效应：当用可见光连续辐照以空气或绝缘气体为介质的气体电容器时，流经电容器的低频电流将发生变化，称为焦希效应。 　　（6）：马尔特效应：当放电管阴极表面有金属氧化膜，正离子轰击表面时，二次电子发射作用增强，称为马尔特效应。 编辑本段意义 　　光电效应现象是赫兹在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时偶然发现的，而这一现象却成了突破麦克斯韦电磁理论的一个重要证据。 　　爱因斯坦在研究光电效应时给出的光量子解释不仅推广了普朗克的量子理论，证明波粒二象性不只是能量才具有，光辐射本身也是量子化的，同时为唯物辩证法的对立统一规律提供了自然科学证据，具有不可估量的哲学意义。这一理论还为波尔的原子理论和德布罗意物质波理论奠定了基础。 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/albums/14336/14336/0/0.html#0$8a95ad1cb9dc61cb86d6b63b" 爱因斯坦 密立根的定量实验研究不仅从实验角度为光量子理论进行了证明，同时也为波尔原子理论提供了证据。 　　1921年，爱因斯坦因建立光量子理论并成功解释了光电效应而获得诺贝尔物理学奖。 　　1922年，玻尔原子理论也因密立根证实了光量子理论而获得了实验支持，从而获得了诺贝尔物理学奖。 　　1923年，密立根“因测量基本电荷和研究光电效应”获诺贝尔物理学奖。 编辑本段方程 　　在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下方程：光子能量 = 移出一个电子所需的能量 + 被发射的电子的动能代数形式：其中h是普朗克常数，ν是入射光子的频率，是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，是被射出的电子的最大动能，ν0是光电效应发生的阈值频率，m是被发射电子的静止质量，vm是被发射电子的速度，注：如果光子的能量（hν）不大于功函数（ϕ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。这个方程与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为某些能量以热能或辐射的形式散失了。 词条图册更多图册 词条图片(12张) 光电效应是指在光的照射下，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 。通俗的说就是光一照，电子就挣脱束缚报了出来。 光伏效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 换句话说，光电效应其实是光伏效应的前提，光伏效应是光电效应作用于半导体这一特殊场所，从而产生了电势差。 当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。 　　实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp，P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对P-N结光电效应无贡献。 你指的光电效应是什么？是爱伊斯坦光电效应吗？如果是大学课程的话，光电效应包含光伏效应。光电效应后很多种，按照是否发射电子，光电效应分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括光电导效应、光伏效应、光子牵引效应和光磁电效应等，外光电效包括光电发射效应，也就是高中物理里面的爱因斯坦光电效应，我不知道你指的是不是这个，如果是的话，我可以告诉你区别，第一点产生光伏效应的材料只能是半导体，而光电发射效应材料可以是金属，第二点光伏效应是少数载流子过程，是半导体中少数载流子吸收光子后在PN结两端产生电势差，而光电发射效应你是半导体或金属在光子激励下辐射出自由电子，并且克服表面势垒后逸出表面向外发射电子，三是光伏效应中载流子不能离开材料，后者可以离开材料，四是前者对于光谱有一定的吸收谱并且与光强有关，而后者存在截止波长电子逸出速度与光强无关，只有频率有关，你可以去百度百科里查一下，我们刚好学了光电探测与信号处理这门课程，所以知道，希望能帮助你！（我不知道你指的光电效应是什么，我觉得你 光电效应和光伏效应的关系，有以下两种观点： 关于光电效应和光伏效应的关系，有以下两种观点： 光伏效应是光电效应的一种： 光伏效应是光电效应的一种：基于这种观点的光电效应是指物体吸 收光能后引起电性能变化的效应，包括内、外光电效应。 收光能后引起电性能变化的效应，包括内、外光电效应。 光电效应和光伏效应是不同的两个概念：可以从两个方面理解： 光电效应和光伏效应是不同的两个概念：可以从两个方面理解： ①这种观点中的光电效应是狭义上的光电效应，仅指外光电效应。 这种观点中的光电效应是狭义上的光电效应，仅指外光电效应。 这种观点中的光电效应定义不同， ②这种观点中的光电效应定义不同，即photoemission非photoelectric，其 非 ， 对应的材料仅指的是金属。 利用金属的光电效应也可以制备太阳电池， 对应的材料仅指的是金属。“利用金属的光电效应也可以制备太阳电池， 有光照的金属其化学势会稍微大于没有光照的金属的化学势， 有光照的金属其化学势会稍微大于没有光照的金属的化学势，从而产生 光伏电压” 结后， 光伏电压”，而“光生伏特效应是指光子入射到半导体的 p-n 结后，从 p-n 结的二端电极产生可输出功率的电压伏特值”。 结的二端电极产生可输出功率的电压伏特值” 这篇文章中还指出： 这篇文章中还指出：并不是能够转换入射光子能量而直接产生输出电压 的器件都叫光生伏特效应。例如Dember效应，