반도체공학 - 광전효과에 관해

광전효과 : 금속 등의 물질에 일정 진동수 이상의 빛을 비추었을 때 전자가 튀어 나오는 현상, 전자는 금속 내에서 원자핵의 (+)전하와 전기력에 의해 속박되어 있다. 여기에 빛을 쬐면 빛이 가진 이중성, 즉 파동성과 입자성 중 입자 성질에 의해 빛의 알갱이 광자가 전자와 충돌하게 된다. 이후 전자는 광자가 가진 에너지를 갖게 된다. 이때 에너지가 일함수(w)라고 하는 속박에너지 이상이 되면 전자는 금속 밖으로 튀어나가게 된다. 금속 밖으로 나간 전자가 가진 에너지는 광자가 가진 에너지에 일함수를 뺀 값이 된다. 1/2mv^2 = hv - w (m은 전자의 질량, 앞의 v는 전자의 속도, h=플랑크 상수, 뒤의 v는 광자의 진동수, w는 일함수 즉 속박에너지) 한계진동수 이상의 진동수를 가진 빛을 금속 물질에 쬐어주면, 광자가 물질의 자유전자와 충돌하면서 물질의 표면에서 전자가 튀어나온다. 높은 한계진동수를 가진 물질의 전자를 분리하기 위해서는 높은 진동수를 가진 광자가 필요하다. 광자의 진동수는 광자의 에너지와 관련이 있으며 이는 빛의 색을 결정한다. 또한, 같은 물질에서의 방출되는 전자의 개수는 전자와 충돌하는 광자의 개수, 즉 빛의 세기(빛의 밝기)와 비례한다. 실험1) 빛의 파장에 따른 광전효과 (빛의 세기 일정) 빛의 세기(100%)를 고정하고 빛의 진동수를 변경하였다. 위에서 말했듯이 한계 진동수 이상의 빛을 쬐어 주어야만 전자가 튀어 나온다. 소듐은 약 1/541nm 의 한계 진동수를 갖는다. 그리고 광자의 진동수가 높아질수록 전자가 갖는 운동에너지는 1/2mv^2 = hv - w 의해 더 커진다. 또한 흐르는 전류 역시 더 커짐을 알 수 있다.(튀어 나오는 전자의 수가 늘어나서) 실험2) 빛의 세기에 따른 광전효과 (파장 일정) 빛의 파장(진동수)을 일정하게 하고 빛의 세기를 조절하였다. 그 결과 광자의 운동에너지는 일정하였다.(진동수가 변하지 않았으므로) 반면에 전자의 …
그 결과 광자의 운동에너지…