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半導体用語集

光電子放出効果

英語表記：photo-emission effect

　外部光電効果、光電効果（photoelectric effect）とも呼ぶ。金属などの固体表面に光を照射すると、光を吸収してその表面から電子が放出される現象のことで、放出される自由電子を光電子（photoelectron）、その電子分光を光電子分光、電子流を光電流という。気体の原子や分子が光吸収により、光電子を放出しイオンになる光イオン化も、光電効果の現象の一つである。
　金属板が相対する二極の真空管において陰極の金属板に光を当てる実験から、
(1)放出される光電子の最大の運動エネルギーは、照射する光の振動数vの増加に対して直線的に増加する。
(2)vがある限界値より小さい時には、光電子は放出されない。この限界値は、物質によって固有の値を持つ。
(3)光の強さに比例して放出される光電子の数は増える。しかし、光電子の最大の運動エネルギーは光の強さには無関係である。
(4)光照射時の光電子の放出に時間的な遅れはない、
ことが明らかとなった。このような光電効果の現象は、光を波動であるとしては説明できない。アインシュタインは1905年に、振動数vの光はhv（h：プランク定数）のエネルギーを持つ粒子の流れであると考え、前述の実験結果に満足な説明を与えた。この粒子は光量子または光子と呼ばれる。物質中に振動数vの光が吸収されるのは、hvのエネルギーを持つ光量子が吸収されることであって、電子がそれだけのエネルギーを受け取る。この時、物質の外へ飛び出す電子の運動エネルギーの最大値は、
　　　(1/2) mv² = hv-W
によって表わされる。ここで、vは光電子の速さである。また、エネルギーWは、仕事関数と呼ばれる。これは、電子が物質の表面を越えて外に出るのに必要なエネルギーを表わしている。したがって、光電子放出効果や光イオン化によって放出される光電子のエネルギースペクトルを測定すれば、固体や原子・分子内の電子状態や結合状態を知ることができる。この方法を光電子分光法といい、電子物性の研究手段として広く利用されている。また、入射光子のエネルギー範囲に応じてUPS（紫外線光電子分光法）とXPS（X線光電子分光法）に大別され、光軌起される電子状態に応じて外殻光電子分光（価電子帯光電子分光ともいう）と内殻光電子分光に分類され、さらに特別な場合として、内殻電子と外殻電子の勃起を同時に含む共鳴光電子分光がある。

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