利用半導(dǎo)體光敏特性工作的光電導(dǎo)器件，利用半導(dǎo)體光生伏特的效應(yīng)工作的光電池和半導(dǎo)體發(fā)光器件等統(tǒng)稱(chēng)為光電元器件。基于不同的光電效應(yīng)，我們來(lái)看一下他們分別是如何工作的：

 

　　1、外光電效應(yīng)器件：利用物質(zhì)在光的照射下發(fā)射電子的外光電效應(yīng)而制成的光電元器件，一般都是真空的或充氣的光電元器件，如光電管和光電倍增管。

　　以光電管為例，當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí)，單個(gè)光子把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個(gè)自由電子，從而使自由電子的能量增加。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功時(shí)，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發(fā)射，這種電子稱(chēng)為光電子。 只有當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電子。光電子產(chǎn)生之后，被真空管中的陽(yáng)極所吸收，從而產(chǎn)生電流。若此時(shí)增加光照強(qiáng)度，更多的光子將會(huì)照射到陰極材料，從而產(chǎn)生更多光電子，光電流也會(huì)相應(yīng)增加。在電阻R值確定的情況下，回路中的光電流與入射光的光照強(qiáng)度成函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化，通過(guò)測(cè)量電路讀取電流數(shù)，即可算出光照強(qiáng)度。

 

　　2、內(nèi)光電效應(yīng)器件：利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電元器件稱(chēng)內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。

　　根據(jù)能帶理論，自由原子中電子具有的能量狀態(tài)不是任意的，電子只能存在在一定的能級(jí)上。能帶分為價(jià)帶、禁帶和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動(dòng)，不可以在價(jià)帶中流動(dòng)，在外界影響下，電子可由價(jià)帶越過(guò)帶隙進(jìn)入到導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻。不同導(dǎo)體的帶隙厚度不一樣，如下圖所示，絕緣體的帶隙較寬，導(dǎo)致電子很難從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，所以其電阻很大；金屬導(dǎo)體沒(méi)有帶隙，其價(jià)帶和導(dǎo)帶相連，因此導(dǎo)電性能好。電子吸收光子能量后，由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶從而改變導(dǎo)體電阻的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以制作光敏電阻，通過(guò)觀察電阻的變化來(lái)確定被測(cè)光量。

 

　　3、光生伏特器件：光生伏特的效應(yīng)簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)，指的是物體在受到光照之后產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光電池是一種自發(fā)電式的光電元件，它受到光照時(shí)自身能產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)，在不加電源的情況下，只要接通外電路，便有電流通過(guò)。具體的工作原理如下：

　　光伏電池在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成的一個(gè)大面積PN結(jié)，P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射P區(qū)表面時(shí)，若光子能量大于硅的禁帶寬度，則在P型區(qū)內(nèi)每吸收一個(gè)光子便產(chǎn)生一個(gè)電子—空穴對(duì)，P區(qū)表面吸收的光子越多，激發(fā)的電子空穴越多，越向PN結(jié)區(qū)越少。由于PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方向是由N區(qū)指向P區(qū)的，它使擴(kuò)散到PN結(jié)附近的電子—空穴對(duì)分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被留在P區(qū)。從而使N區(qū)帶負(fù)電，P區(qū)帶正電，形成光生電動(dòng)勢(shì)。若用導(dǎo)線(xiàn)連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有光電流流過(guò)。