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光電導效應
光電導效應，又稱(chēng)為光電效應、光敏效應，是光照變化引起半導體材料電導變化的現象。即光電導效應是光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類(lèi)光致電改變現象的總稱(chēng)。光電導效應是兩種內光電效應中的一種。所謂內光電效應，是指受到光照的半導體的電導率 R發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢的現象。其中，由于光照而引起半導體的電導率R發(fā)生變化的現象稱(chēng)為光電導效應（photoconductive effects）。當光照射到半導體材料時(shí)，材料吸收光子的能量，使非傳導態(tài)電子變?yōu)閭鲗B(tài)電子，引起載流子濃度增大，因而導致材料電導率增大。在光線(xiàn)作用下，對于半導體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值減低，這種現象稱(chēng)為光電導效應。光敏電阻就是基于這種效應的光電器件。
基本信息
| 中文名 | 光電導效應 |
| 外文名 | photoconductive effects |
| 別名 | 光電效應、光敏效應 |
| 性質(zhì) |
性質(zhì)
光電導效應
弛豫過(guò)程
光電導效應
對光電導體受矩形脈沖光照時(shí)，常有上升時(shí)間常數τr和下降時(shí)間常數τf來(lái)描述弛豫過(guò)程的長(cháng)短。τr表示光生載流子濃度從零增長(cháng)到穩態(tài)值63%時(shí)所需的時(shí)間，τf表示從停光前穩態(tài)值衰減到37%時(shí)所需的時(shí)間。
當輸入光功率按正弦規律變化時(shí)，光生載流子濃度（對應于輸出光電流）與光功率頻率變化的關(guān)系，是一個(gè)低通特性，說(shuō)明光電導的弛豫特性限制了器件對調制頻率高的光功率的響應：
τ：非平衡載流子平均壽命，在這里稱(chēng)時(shí)間常數。
光電增益與帶寬之積為一常數，
常數。表明材料的光電靈敏度與帶寬是矛盾的：材料光電靈敏度高，則帶寬窄；材料帶寬寬，則光電靈敏度低。此結論對光電效應現象有普遍性。
穩態(tài)光電導
應用
光電導效應的應用主要體現在光電導材料的應用上。光電導材料是一種靈敏、快速的光電器件。通過(guò)它，能靈敏、快速地將接受到的光信號轉換成對應的電信號，廣泛地應用于國民經(jīng)濟、軍事、科學(xué)技術(shù)等各個(gè)部門(mén)和社會(huì )生活的方方面面，特別是現代高新技術(shù)之中。
在基礎光電器件中的應用
(1)在探測器中的應用
利用光電導效應原理工作的探測器稱(chēng)為光電導探測器。作為半導體材料的一種體效應，光電導效應無(wú)須形成p-n結。光照越強，光電導材料的電阻率越小，故光電導材料又稱(chēng)為光敏電阻。不含雜質(zhì)的光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見(jiàn)光和近紅外輻射探測，含雜質(zhì)的光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用于中、遠紅外輻射探測。
光電導材料是目前攝像管中應用最為廣泛的光電變換材料之一。與利用外光電效應的攝像管相比，光電導攝像管突出的優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單、靈敏度高等。目前，它已廣泛地應用于工業(yè)監控系統。
軍事領(lǐng)域中的應用
通過(guò)光電導材料，熱像儀中的紅外光可變成可見(jiàn)光，即將紅外圖像轉化為可見(jiàn)光圖像，以便作戰人員觀(guān)察夜間戰場(chǎng)情況。這一過(guò)程分為兩步進(jìn)行：首先是使用對紅外輻射敏感的紅外光電導探測器，把紅外輻射信號變成電信號，該信號的大小正比于紅外輻射的強度；其次是通過(guò)電視顯像系統將電信號顯示于電視屏幕上。
熱像儀是當代夜視技術(shù)發(fā)展的最高水平，廣泛應用于各類(lèi)紅外觀(guān)察儀、紅外熱瞄器、坦克上的潛望儀器、帶光測距機、火控系統與跟蹤系統之中，具有隱蔽性好、抗干擾性強、分辨率高、全天候性等優(yōu)點(diǎn)。
(2)導彈系統中的制導裝置和反導彈系統中的預警裝置
紅外光電導攝像管是紅外制導導彈的眼睛。許多軍事目標(飛機、坦克、軍艦等)都裝有大功率發(fā)動(dòng)機，其動(dòng)力部分是強大的紅外輻射源，可形成紅外制導導彈的目標控制信號。當信號被導彈接受后，經(jīng)處理去驅動(dòng)導彈的控制系統，在紅外光電導攝像管的協(xié)助下，不斷矯正導彈的飛行方向，逼近目標并加以摧毀。用導彈攔截導彈，關(guān)鍵在于傳感器準確及時(shí)地探測、跟蹤目標。由對紅外光響應速度快、靈敏度高、有較高響應率的光電導材料制成的紅外光電導探測器，可安裝在預警飛機或預警衛星上，能準確及時(shí)地探測、跟蹤敵方導彈尾焰的紅外輻射，是反導彈系統預警裝置中的重要組成部分。紅外光電導制導、探測技術(shù)具有不易受干擾、定位準確率高、結構簡(jiǎn)單、成本低、可探測超低空目標等優(yōu)點(diǎn)，但受氣象條件的影響比較大，往往要和雷達配合，以便取長(cháng)補短。目前，許多地空導彈是雷達)紅外雙模制導導彈。有趣的是，光電導效應同樣應用于隱身技術(shù)。
其他應用
(1)在生產(chǎn)生活中的應用
在生產(chǎn)生活方面，光敏電阻可應用在各種自動(dòng)控制裝置和光檢測設備中，如生產(chǎn)線(xiàn)上的自動(dòng)送料、自動(dòng)門(mén)裝置、航標燈、路燈、應急自動(dòng)照明、自動(dòng)給水停水裝置、生產(chǎn)安全裝置、煙霧火災報警裝置、照相機的自動(dòng)調節、電子計算機的輸入設備以及醫療器械(如光電脈搏計、心電圖儀)等方面。此外，還可應用于電子樂(lè )器、電視和其它家用電器中。
(2)在教育教學(xué)中的應用
在教育教學(xué)方面，光電導攝像管可廣泛地應用于學(xué)校教育教學(xué)的監督和管理評價(jià)工作之中。光電導材料應用于掃描儀、復印機、投影儀，給學(xué)校的教學(xué)和人們日常的學(xué)習和交流帶來(lái)方便。
(3)在科學(xué)研究中的應用
在科學(xué)研究方面，利用紅外光電導，可以遙感物體表面溫度、無(wú)損探傷、氣象遙感、地學(xué)遙感等。
總之，光電導傳感和遙感技術(shù)對于自動(dòng)控制、機電一體化十分重要。
光電導材料的應用前景展望
探測、傳感技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)高性能的光電器件材料。在今后一段時(shí)間內,響應速度更快、響應效率更好、靈敏度更高、響應頻率更寬的高性能光電導材料,將是光電導技術(shù)研究的主要發(fā)展方向。
綜上所述,人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代,半導體和微電子技術(shù)無(wú)疑是信息社會(huì )的核心技術(shù)之一。展望未來(lái),在光電子技術(shù)的革命中,光電導材料會(huì )在光學(xué)、集成光電子學(xué)和分子電子學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。在語(yǔ)言和圖像的識別中,在復雜情況下作出判斷的人工智能以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和模擬人腦等方面的發(fā)展中,半導體微電子技術(shù)和光電子技術(shù)仍將是未來(lái)科學(xué)技術(shù)革命的主要內容,作為一種性能不斷優(yōu)化的基礎元器件,光電導材料將會(huì )作出巨大的貢獻。
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