固体の光学的性質（教科書 p. 203－220） 目 標 次の用語の意味を正しく理解すること ① ② ③ ④ ⑤ 透過、反射、吸収 励起子 直接遷移、間接遷移 光起電力 蛍光 ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） ガラスは透明ですが、すりガラスは不透明です ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） ダイヤモンドは透明ですが、ブリリアントカットすると不透明 ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） すべてa-Al2O3単結晶ですが、色が違います。 サファイア a-Al2O3＋Ti ルビー a-Al2O3＋Cr 不純物による光吸収 サファイア基板 a-Al2O3 ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） GaAs Cu2O Eg=1.4 eV Eg=2.1 eV ZnSe Eg=2.7 eV 基礎吸収（バンドギャップ） ZnS Eg=3.6 eV ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 204） SrTiO3 伝導電子による吸収 ①光の透過・反射・吸収（教科書 p. 154） 吸収率 A、反射率 R、透過率 T、試料厚さ L、吸収係数α A+R+T=1 試料内 x における光の強さ I は、dx だけ進む間に I–dI となる –dI は I と dx の積に比例する → 比例係数を吸収係数α –dI = α Idx x=0 で I=(1–R)I0 として積分すると I=(1–R)I0 exp (–αx) → I=(1–R)I0 exp (–αL) 試料裏面に到達した光は、さらに反射し、その反射光は R(1–R)I0 exp (–αL) となるので、結局透過する光の強さは I=(1–R)2I0 exp (–αL) 透過率 T は I / I0 なので、 T=I / I0 =(1–R)2 exp (–αL) 試験に出します ①光吸収機構（教科書 p. 154－155） ①光吸収機構（教科書 p. 154－155） ②励起子（教科書 p. 154－155） 励起子：電子と正孔の対をなして安定化（電気的には中性） ②励起子（教科書 p. 154－155） 室温（26 meV）と近い ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） バンドギャップよりもエネルギーの大きな光を照射（光励起）して生 成した電子-正孔対がそのまま再結合発光（基底状態に戻る）す る？・・・ こうなる物質と、ならない物質がある 例： GaNは光るけれど、Siは光らない GaNは直接遷移型、Siは間接遷移型半導体 ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） 直接遷移型 間接遷移型 間接遷移型 ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） 直接遷移型 間接遷移型 ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） ③直接遷移・間接遷移（教科書 p. 154－155） 光伝導 hn > Egの光照射によってできた電子-正孔が 電圧印加によってそれぞれ伝導すること。 光照射していない時の電流： 暗電流、このときの導電率をσとする 光照射時の導電率： ⊿σ＋σ ④光起電力効果（教科書 p. 154－155） ・フォトダイオード （紫外線センサーなど） ・太陽電池 ⑤蛍光（教科書 p. 154－155） ルミネッセンス （光、放射線、電気などのエネルギーを吸収して） 励起状態から基底状態に戻るときの光放射 ・蛍光： 物質を外部から励起している間だけ光る （※長残光もあり） ・りん光： 外部エネルギー供給をやめても光る （※第一励起三重項状態を経由して発光） ⑤蛍光（教科書 p. 154－155） 蛍光体として良く知られているのは、 Y2O3: Eu3+ → 赤色 バンドギャップ約5 eVのY2O3結晶中に微量（数%）の Eu3+を添加したもの。蛍光灯に使われている。
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