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摘 要

人类能够步入信息时代离不开半导体技术的不断发展，半导体材料的成功主要依靠光电导效应的研究与应用。光电导效应从属于“颠覆”经典物理理论的光电效应，本文将简要介绍光电效应，着重阐述内光电效应的光电导效应。结合固体物理、原子物理、量子力学等学科的内容简洁明了地分析光电导效应的实质，光电导材料受特定光线照射电导率变化的原因及其导电特性。对光电导效应现有应用作出简单的整理归类，简要分析其优势和局限性并对其前景进行了展望和大胆设想。

关键词：光电效应，光电导效应，能带理论，应用

Abstract：Human beings can enter the information age without the continuous development of semiconductor technology. The success of semiconductor materials mainly depends on the research and application of photoconductive effect. The photoconductive effect is subordinate to the photoconductive effect of the "subversion" classical physical theory. This paper will briefly introduce the photoconductive effect, focusing on the photoconductive effect of the internal photoconductive effect. The essence of photoconductive effect is analyzed concisely and clearly in combination with solid state physics, atomic physics and quantum mechanics. The reasons for the change of conductivity of photoconductive materials exposed to specific light and their conductive characteristics are discussed. The current applications of photoconductive effect are simply classified, its advantages and limitations are briefly analyzed, and its prospects are forecasted and boldly envisaged.

Keywords：Photoelectric effect, Photoconductivity Effect, Energy Band Theory, Applications

目 录

1引言…………………………………………………………………………… 3

1.1光电效应的主要类型……………………………………………………… 3

1.2三种光电效应统一实质的简析…………………………………………… 3

2光电导效应的理论详解……………………………………………………… 4

2.1量子力学的电子能带理论………………………………………………… 4

2.2固体导电性差异成因……………………………………………………… 5

2.3简析光电导效应的过程…………………………………………………… 6

3光电导效应在各个领域的应用……………………………………………… 6

3.1在工业建设与生产中的应用……………………………………………… 7

3.2在导弹制导装置与反导弹系统中的应用………………………………… 7

3.3在摄影技术中的应用……………………………………………………… 8

4光电导技术应用的总结及前景展望与设想………………………………… 8

4.1光电导技术应用的总结…………………………………………………… 8

4.2光电导技术应用的前景展望与设想……………………………………… 9

结论 …………………………………………………………………………… 11

参考文献…………………………………………………………………………12

致谢………………………………………………………………………………13

1 引言

导电性是物质一个重要的物理属性，严格意义上并不存在定值电阻，就像并不存在化学上严格的纯净物一样。物质的电导率会受到温度、湿度、光照等多种因素的影响而发生变化。某些物质在受到光照后，自身的电导率等电学性质会发生较为明显的改变，我们将这种光的作用使得材料电学性质发生改变的现象称为光电效应^[1]。

1.1 光电效应的主要类型

目前光电效应主要有光电子发射、光电导效应、阻挡层光电效应（又称光生伏特效应）、这三种类型。

光电子发射效应：最早发现的光电效应，爱因斯坦凭借对这一现象的理论猜想获得诺贝尔奖，如今在中学课本中作为量子理论的启蒙内容。光电子发射效应常见于金属及金属氧化物中，一些金属及其氧化物，在受到特定频率的光线照射后，其表面便会发射出电流，且不断增加光照强度时，电流大小不会一直增加，存在一个饱和值。这一将电子释放到材料之外的光电现象，称为外光电效应。

光电导效应：这是目前应用最广泛的光电效应，推动人类社会进入信息时代，也是本文重点介绍的现象。光电导现象常见于半导体材料之中。半导体是电导率介于导体与绝缘体之间的一类材料^[2]。一些半导体材料，在受到特定频率的光线照射后，电导率会显著增加，这一现象称为光电导效应。

光生伏特效应：部分材料在受到特定频率的光线照射之后，内部会产生特定方向的电动势，仿佛光线给“蓄电池”充了电一样。这一现象称为光生伏特效应^[3]。

光电导效应、光生伏特效应并没有出现电子外逃的现象，电子仍在材料内部，统称为内光电效应。

1.2三种光电效应统一实质的简析

上述三种现象都归为光电效应，因为其本质相同，都是微观层面的能量转化^[4]。光线照射材料后，特定能量的光子会被电子吸收使得电子动能增加，从而发生跃迁、电离等一系列变化。电子吸收光子能量后的表现形式受材料自身特性影响。

金属与金属氧化物中，电子受到的约束较小，多为自由电子，吸收特定的光子后，电子便可获得足够的动能脱离原子核的束缚 ，也就是我们所说的电离现象，从而从物体表面逸出，形成光电流。也就是实验中可以观测到的电子发射现象^[5]。

本征半导体材料中，电子受到的约束较多、较强，处于所谓的键合状态，部分电子吸收光子能量后由键合状态转变为自由状态，使得半导体内部的电子空穴对增多，电导率增大。宏观上的表现便是，材料受到光照后，电导率发生改变，称为光电导效应。

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