光电导效应

定义与效应归属

光电导效应属于内光电效应的一种。内光电效应指物体受光照后产生的光电子只在物体内部运动、不逸出物体表面的现象，多发生于半导体内。内光电效应按机理分为两类：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。光电导效应对应的典型器件是光敏电阻；光生伏特效应对应的典型器件是光电池、光敏二极管和光敏晶体管。

物理机理

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：当入射光照到半导体上且单个光子的能量足够大（hν ≥ Eg，Eg 为本征半导体禁带宽度）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，即载流子数目增多，电阻率下降。由于光照使半导体电阻发生变化，故称此类器件为光敏电阻。

该效应在大多数半导体和绝缘体中都存在；金属因电子能态不同，不会产生光电导效应。

载流子与电阻变化的关系

光电导效应的宏观表现是电导增大、电阻减小。其因果链为：光照 → 光生载流子（电子-空穴对）数量增加 → 载流子浓度增大 → 电导率增大 → 电阻减小。

光敏电阻在未受光照时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流；在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。无光照时暗电阻很大、电路中电流很小；有光照时亮电阻急剧减小、电流迅速增加。

器件与电路表现

光敏电阻又称光导管，是用光电导体制成的均质半导体器件，无极性，可加直流或交流。若把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压作用下电路中有电流流过；改变照射到光敏电阻上的光度量（照度），流过光敏电阻的电流随之变化，实质是光敏电阻的阻值随照度变化。

典型材料

典型的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。其中硫化镉光敏电阻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；硫化铅光敏电阻在近红外波段最灵敏，常用于火灾等领域探测；锑化铟光敏电阻是 3～5 μm 光谱范围内的主要探测器件之一；碲化镉汞系列适用于 4～8 μm 大气窗口波段辐射探测。

适用范围与条件

光电导效应的产生要求入射光中单个光子的能量足够大，使电子能够由价带越过禁带跃迁到导带，即 hν ≥ Eg（Eg 为禁带宽度）；该效应主要存在于半导体和绝缘体中，金属不产生光电导效应。