광전자(光電子, photoelectron)는 광전효과로 인해 물질에서 방출되는 전자이다. 광전 효과는 일반적으로 금속성 물질이 충분한 광선을 흡수하여 표면에서 전자가 방출 될 때 발생한다. 광전자 효과의 발견은 1887년 독일 물리학자인 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)에 의해 처음 만들어졌으며, 그 후 Hertz 효과로 불렸다. 많은 연구원들이 수년에 걸쳐 그 특성을 정의하는 데 시간을 보냈으며, 1905 년에 Albert Einstein은 광자라고 알려진 빛의 양에 의한 결과를 발표했다. 아인슈타인의 광전자 생산 방식에 대한 명확하고 우아한 설명은 1921년 노벨 물리학상을 수상했다.
광전자가 표면으로부터 방출되기 위해서는, 광 파장은 적색 광과 같이 충분히 낮은 값이어야 한다. 광전자 방출은 또한 양자역학 원리를 설명하는 데 사용되는 주요 기능이다. 이 공정은 광자의 에너지가 상단 원자가 대역의 에너지 또는 물질의 최 외각 전자 껍질보다 큰 경우, 고체 물질에 의해 흡수되는 양자 또는 단일 광자의 에너지를 포함한다.
개요
각각의 금속에 고유한 에너지 이상의 빛을 쬐었을 때 전자가 일함수라고 하는 원자핵과의 속박에너지 이상의 에너지를 얻어 금속 밖으로 방출되는데, 이러한 전자를 광전자라 한다. 이는 빛의 입자적인 성질의 결과이며 이러한 효과를 광전효과라 한다.
보통 금속에서 전자들은 원자핵과 전기력에 의해 금속에 속박되어 있다. 이때 전자에 충분한 에너지를 공급하면 전자는 금속 밖으로 튀어나온다. 전자에 에너지를 공급하는 방법에 따라 열의 영향을 받고 튀어나오는 전자를 열전자라 하고, 빛에 의해 튀어나오는 전자를 광전자라 한다. 광전자는 광전효과의 결과이다.
양자론에 따르면, 모든 물질은 입자적인 성질과 파동적인 성질도 갖는다. 입자적인 성질에 따라 빛은 광자로 이루어져 있다고 볼 수 있다. 광자 한 개의 에너지(E)는 빛의 진동수(V)에 플랑크상수(h)를 곱한 값이다(E=hV).
광자 한 개의 에너지가 금속의 일함수라고 하는 속박 에너지보다 클 때 비로소 광자가 에너지를 전자에 주어 광전자가 금속 밖으로 나온다. 이때 방출되는 개수는 빛의 세기, 즉 광자의 개수와 비례한다. 광전자가 가지는 에너지는 광전효과에서 흡수된 광자의 에너지로부터 전자가 물질의 밖으로 나오는 데 필요한 에너지(일함수)를 뺀 것과 같다.
광전자에 의한 현상으로, 기체가 빛을 흡수하여 광전자를 방출해서 이온이 되는 광이온화[光電離], 고체 표면에서 광전자가 방출되는 외부광전효과, 절연체나 반도체 안에서 원자가전자띠[原子價電子帶]로부터 방출된 광전자가 전도띠(傳導帶)로 올라가 광전도성을 가지는 내부광전효과, 고체 접촉면에서 방출된 광전자가 나타내는 광기전력효과(光起電力效果) 등이 있다.
광전자 분광법
분자의 광전자 스펙트럼을 측정하여 분자와 이온의 전자 상태와 진동 상태에 대한 정보를 얻는 연구법이다. 약어 PES. X선 광전자 분광법, 자외 광전자 분광법 등이 있다. 전자를 발생시키는 데 단색광을 사용하므로 이렇게 불린다. 단색광으로는 분광한 진공자외선광(眞空紫外線光), 헬륨의공명선 HeI(58.4nm：21.21eV)이나 AIK4, 또는 MgK4와 같은 시성(示性) X선 등이 이용된다. HeI를 사용할 경우에는 주로 분자의 전자에 너지 준위(準位)나 진동준위에 대한 정보를 주므로 분자 광전자 분광법(molecular photoelectron spectroscopy)이라고도 한다. 진공 자외선광(眞空紫外線光)으로는 여러 가지 hν에 대한 스펙트럼으로부터 주로 원자가전자대(原子價電子帶：valence band)의 전자에 대한 정보를 얻을 수 있다. 광전자분광은 전자분광법의 주요한 분야로서 물성(物性)연구의 중요한 수단이며, 원소분석 및 상태분석을 비롯한 분석·유기화학·촉매연구 등 넓은 범위에 응용되고 있다.
기타
광전자( Optoelectronics)는 광전자공학(光電子工學, optoelectronics)을 일컫는다. 즉 광학(光學, optics)과 전자공학(電子工學, electronics)의 두 기술이 융합된 기술 분야이다. 빛의 고유한 성질을 이용하여 기술적으로 개발하고, 이를 전자기술과 결합하여 각종 조명, TV 및 휴대폰 등 모바일기기의 디스플레이, 광통신, 광컴퓨터 등에 이용하고 있다. 1970년대에 레이저가 개발되었고, 이후 반도체 공정기술, 전자응용기술의 발전으로 다양한 광소자들이 개발되면서 광기술 및 제품은 광통신, 광정보기기, 광정밀기기, 광원응용, 광소재 및 광학기기 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
참고자료
같이 보기
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