內光電效應

光電導效應：當入射光子射入到半導體表面時，半導體吸收入射光子產生電子空穴對，使其自生電導增大。

光生伏特效應：當一定波長的光照射非均勻半導體（如PN結），在自建場的作用下，半導體內部產生光電壓。

光照射到半導體或絕緣體的表面時，使物體內部的受束縛電子受到激發，從而使物體的導電性能改變。這就稱為內光電效應。顯然照射的輻射通量愈大，則被激發的電子數愈多，該物體的電阻值就變的愈小 ^[1]  。

光導管（又稱光敏電阻）就是利用內光電效應制成的半導體器件。像硫化鎘、硫化鉛、硫化銦、硒化鎘、硒化鉛的那個均是半導體光導管。光導管的優點是體積小、牢固耐用。它主要用於光譜儀器的光接收器、光電控制、激光接收和遠距離探測等方面。

半導體材料的價帶與導帶間有一個帶隙,其能量間隔為Eg。一般情況下,價帶中的電子不會自發地躍遷到導帶,所以半導體材料的導電性遠不如導體。但如果通過某種方式給價帶中的電子提供能量,就可以將其激發到導帶中,形成載流子,增加導電性。光照就是一種激勵方式。當入射光的能量hν≥Eg (Eg為帶隙間隔)時,價帶中的電子就會吸收光子的能量,躍遷到導帶,而在價帶中留下一個空穴,形成一對可以導電的電子——空穴對。這裏的電子並未逸出形成光電子,但顯然存在着由於光照而產生的電效應。因此,這種光電效應就是一種內光電效應。從理論和實驗結果分析,要使價帶中的電子躍遷到導帶,也存在一個入射光的極限能量,即E入=hν0=Eg,其中ν0是低頻限(即極限頻率ν0=Egh)。這個關係也可以用長波限表示,即λ0=hcEg。入射光的頻率大於ν0或波長小於λ0時,才會發生電子的帶間躍遷。

PN結光伏效應的一個重要的應用，是利用光照射時，PN結產生的光生電壓製造把太陽光能轉化成電能的器件——太陽電池。製造太陽電池的材料主要有硅(Si)、硫化鎘(CdS)和砷化鎵(GaAs)等。仍有很多新型高效材料正在研究實驗中。太陽電池的應用已十分廣泛。它已成為宇宙飛船、人造衞星、空間站的重要長期電源。在其它方面的應用也十分普遍。關於國內外太陽電池電源設備應用的情形簡介如下：

宇宙開發——觀測用人造衞星、宇宙飛船、通訊用人造衞星…

航空運輸——飛機、機場燈標、航空障礙燈、地對空無線電通訊…

氣象觀測——無人氣象站、積雪測量計、水位觀測計、地震遙測儀…

航線識別——航標燈、浮子障礙燈、燈塔、潮流計…

通訊設備——無線電通訊機、步談機、電視廣播中繼站…

農畜牧業——電圍欄、水泵、温室、黑光燈、噴霧器、割膠燈…

公路鐵路——無人信號燈、公路導向板、障礙閃光燈、備急電話…

日常生活——照相機、手錶、野營車、遊艇、手提式電視機、閃光燈

光電探測器也是對半導體光電效應的重要應用。光電探測器是指對各種光輻射進行接收和探測的器件。其中光敏管(包括各種光敏二極管、光敏三極管和一些光敏晶體管)是此類光電器件的重要組成部分。它與我們高中教材傳感器實驗中研究的光敏電阻都是實行光電信號轉化的裝置。光電探測器在科技、生活、生產和國防建設中都有着重要的應用。例如數碼照相機、數碼攝像機、天文顯微鏡、GPS全球定位系統、氣象衞星拍攝的氣象雲圖、巡航導彈目標定位等等。這些應用中最基本的是有一個非常靈敏的光電探測器。圖8所示是一些實際應用中的光電探測器件的圖片。