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纯半导体在光线照射下，其禁带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度Eg（eV）的光子的激发，由价带越过禁带跃迁到导带，成为自由电子。同时，价带也因此而形成自由空穴。致使纯半导体中导带的电子和价带的空穴浓度增大，半导体电阻率减小。电子和空穴统称为载流子。它们在端电压作用下均可形成光电流。当光照停止后，自由电子被失去电子的原子俘获，电阻又恢复原值。能使价带电子跃迁到导带的光谱范围中，其大的波长λ0（nm）称为截止波长，λ0≈1240/Eg。
人的五管是功能复杂、灵敏的“”，例如人的触觉是相当灵敏的，它可以感知外界物体的温度、硬度、轻重及外力的大小，还可以具有电子设备所不具备的“手感”，例如棉织物的手感，液体的粘稠感等。然而人的五官感觉大多只能对外界的信息作“定性”感知，而不能作定量感知。而且有许多物理量人的五官是感觉不到的，例如对磁性就不能感知。视觉可以感知可见光部分，对于频域更加宽的非可见光谱则无法感觉得到，象红外线和紫外线光谱，人类却是“视而不见”。借助温度很容易感知到几百度到几千度的温度，而且要做到1℃的分辨率轻而易举。同样借助红外和紫外线传感器，便可感知到这些不可见光，所以人类才制造出了具有广泛用途的红外夜视仪和X光诊断设备，这些技术在军事、国防及医疗卫生领域有着其重要的作用。
PN结光生伏特效应光照射到距表面很近的半导体PN结时，结及附近的半导体吸收光能。若光子能量大于禁带宽度，则价带电子跃迁到导带，成为自由电子，而价带则相应成为自由空穴。这些电子空穴对在PN结内部电场的作用下，电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，结果P区带正电，N区带负电，形成光电动势。PN结光生电流与人射光照度成正比，光生伏特与照度对数成正比。由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别与半导体空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有使PN结距表面的厚度小于扩散长度，才能形成光电流产生光生伏特。在工程上，利用改变PN结距表面厚度的大小的方法，可以调整基于PN结光生伏特效应的光电器件的频率响应特性、光电流和光生电势大小。