内光电效应

定义与分类

内光电效应是指物体受到光照后所产生的光电子只在物体内部运动，而不会逸出物体表面的现象。它多发生于半导体内，可分为两类：因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应，以及因光照产生电动势的光生伏特效应。

光电导效应

光电导效应是指物体在入射光能量的激发下，其内部产生光生载流子（电子-空穴对），使物体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。以本征半导体为例，当入射光子的能量 hν 不小于禁带宽度 Eg 时，电子受光子激发由价带越过禁带跃迁到导带，在价带中留下空穴；在外加电压下，导带中的电子和价带中的空穴同时参与导电，载流子数增多，电阻率下降。该效应在大多数半导体和绝缘体中都存在，但金属因电子能态不同，不会产生光电导效应。

光生伏特效应

光生伏特效应是指光照在半导体中激发出的光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象，是将光能变为电能的一种效应。当光照在半导体 PN 结或金属-半导体接触面上时，由于材料不同质或不均匀而存在内建电场，光激发产生的电子或空穴在内建电场作用下向相反方向移动和积聚，从而在接触面两侧产生光生电动势。

对应器件

基于光电导效应的光电器件有光敏电阻；基于光生伏特效应的光电器件典型的有光电池，此外光敏二极管、光敏晶体管也是基于光生伏特效应的光电器件。

光敏电阻

光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体器件。其结构通常采用微电子工艺在玻璃（或陶瓷）基片上均匀涂敷一层薄薄的光电导多晶材料，经烧结后放上掩蔽膜，蒸镀上两个金（或铟）电极，再在材料表面覆盖一层漆保护膜（要求该漆膜对光敏层最敏感波长范围内的光线透射率最大）。感光面大的光敏电阻表面多采用梳状电极结构，以获得较大的光电流。

典型光敏电阻材料包括硫化镉（CdS）、硫化铅（PbS）、锑化铟（InSb）以及碲化镉汞（Hg₁₋ₓCdₓTe）系列。硫化镉的光谱响应特性最接近人眼光谱视觉效率，在可见光波段灵敏度最高，峰值响应波长为 0.52 μm；硫化铅在近红外波段最灵敏，常用于火灾探测；锑化铟是 3～5 μm 光谱范围内的主要探测器件之一；碲化镉汞系列中 x 标明镉元素含量的组分，变化范围一般为 0.18～0.4，对应波长变化范围为 1～30 μm。

光敏电阻的选用取决于其主要参数和特性，如暗电流、光电流、伏安特性、光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性以及灵敏度、时间常数和最佳工作电压等。其优点是灵敏度高、工作电流大（可达数毫安）、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强、寿命长、使用方便；缺点是响应时间长、频率特性差、强光线性差、受温度影响大，主要用于红外的弱光探测和开关控制领域。

结型光电器件

光敏二极管、光敏晶体管和光电池均基于光生伏特效应工作。光电池是将光能直接变为电能的器件；光敏二极管和光敏晶体管则是在 PN 结或金属-半导体接触面上利用光生电动势实现光电转换的器件。