
【化】 photoconductivity
photoconduction
光电导性(Photoconductivity)指某些材料在受到光照时电导率显著增加的现象。当光子的能量大于材料的禁带宽度时,会激发价带中的电子跃迁至导带,产生自由电子和空穴,从而增强材料的导电能力。这一效应广泛应用于光敏电阻、光电探测器、成像传感器等领域。
光生载流子
半导体材料吸收光子后,电子从价带跃迁至导带(本征激发),形成电子-空穴对。非本征激发则通过杂质能级产生载流子。载流子浓度随光照强度增加而升高,导致电导率上升,其关系可表示为:
$$ Deltasigma = e (mu_n Delta n + mu_p Delta p) $$
其中 (Deltasigma) 为电导率变化量,(mu_n)、(mu_p) 分别为电子和空穴迁移率,(Delta n)、(Delta p) 为载流子浓度变化量。
响应速度与灵敏度
光电导响应时间受载流子寿命限制,通常在微秒至毫秒量级。硫化物(如CdS)等材料因高增益特性适用于弱光检测,而硅、锗等响应更快但增益较低。
光谱响应范围
材料的光电导性与其禁带宽度((E_g))直接相关。例如,CdS的 (E_g approx 2.4 text{eV})(对应绿光),InSb的 (E_g approx 0.17 text{eV})(对应红外光),需根据应用需求选择材料。
引用来源:
光电导性机制部分参考了固体物理学教材《Solid State Physics》(链接未提供)及期刊 Journal of Applied Physics 关于载流子动力学的综述(链接未提供)。应用案例依据IEEE电子器件协会的技术报告(链接未提供)。
光电导性是指材料在光照条件下电导率发生改变的现象。这一特性主要存在于半导体材料中,其本质是光激发导致载流子浓度增加,从而降低材料电阻。以下是详细解释:
物理机制
当入射光子的能量($E = h
u$)大于或等于材料的禁带宽度($E_g$)时,价带电子被激发到导带,形成自由电子和空穴对,称为本征光电导。若光子能量仅能激发杂质能级中的载流子(如施主或受主能级),则产生杂质光电导,其响应波长更长但效率较低。
关键参数
应用与限制
光电导效应是光敏电阻、光电探测器等器件的核心原理。但需注意,并非所有材料均具备显著光电导性,通常需选择禁带宽度与入射光能量匹配的半导体(如硒、硫化镉等)。
通过结合本征与杂质光电导特性,可设计出适应不同光谱范围的光电器件,例如红外传感器或可见光探测器。
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