Страница:
полупроводниках
Ф. э. наблюдается даже при сравнительно слабых интенсивностях излучения за счёт оптического возбуждения или оптической перезарядки примесных атомов. При возбуждении или перезарядке увеличивается эффективный радиус атомов примесей и вследствие этого возрастает их поляризуемость и поляризуемость кристалла в целом.">фотодиэлектрический эффект
)
.Если энергия фотона достаточна для образования неравновесных носителей заряда в твёрдом теле – электронов проводимости и дырок, то изменяется электропроводность тела (см.
Фотопроводимость
)
.В неоднородных телах, например в
полупроводниках
с неоднородным распределением примесей, в частности в области
электронно-дырочного перехода,вблизи контакта двух разнородных полупроводников (см.
Полупроводниковый гетеропереход
)
,контакта полупроводник – металл, или при неоднородном облучении, а также в полупроводниках, помещенных в магнитное поле, возникает электродвижущая сила (см.
Фотоэдс,
Кикоина – Носкова эффект)
.Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см.
Подвижность носителей тока
)
.
Если
достаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда эта энергия поглощается электронами жидкости или твёрдого тела, если последние могут достичь поверхности тела и, преодолев существующий на ней
потенциальный барьер,выйти в вакуум или др. среду, то возникает
фотоэлектронная эмиссия.Фотоэлектронную эмиссию часто называют внешним
фотоэффектом.В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином
фотоэффект внутренний.
Следует отличать Ф. я. от электрических явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллической решёткой – с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется некоторое время после поглощения фотона, в течение которого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (например, передаётся кристаллической решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой температуре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внешним признакам аналогичные Ф. я.: болометрический эффект (изменение электропроводности), пироэлектрический эффект (см. Пироэлектрики ) , термоэлектронная эмиссия, термоэдси др. термоэлектрические явления.
В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. Теплоёмкость же кристаллической решётки тел очень велика по сравнению с теплоёмкостью «газа» электронов проводимости. Вследствие этого в телах не очень малых размеров Ф. я. возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, которая необходима для наблюдения термоэлектрических явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термоэлектрических явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.
В металлах из-за очень высокой электропроводности внутренний фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.
Лит.:Рыбкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Панков Ж., Оптические процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1973; Соммер А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973.
Т. М. Лифшиц.
фотоэффекта внутреннего
в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации (см.
Солнечная батарея
)
,инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).
Если
достаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда эта энергия поглощается электронами жидкости или твёрдого тела, если последние могут достичь поверхности тела и, преодолев существующий на ней
потенциальный барьер,выйти в вакуум или др. среду, то возникает
фотоэлектронная эмиссия.Фотоэлектронную эмиссию часто называют внешним
фотоэффектом.В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином
фотоэффект внутренний.Следует отличать Ф. я. от электрических явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллической решёткой – с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется некоторое время после поглощения фотона, в течение которого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (например, передаётся кристаллической решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой температуре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внешним признакам аналогичные Ф. я.: болометрический эффект (изменение электропроводности), пироэлектрический эффект (см. Пироэлектрики ) , термоэлектронная эмиссия, термоэдси др. термоэлектрические явления.
В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. Теплоёмкость же кристаллической решётки тел очень велика по сравнению с теплоёмкостью «газа» электронов проводимости. Вследствие этого в телах не очень малых размеров Ф. я. возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, которая необходима для наблюдения термоэлектрических явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термоэлектрических явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.
В металлах из-за очень высокой электропроводности внутренний фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.
Лит.:Рыбкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Панков Ж., Оптические процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1973; Соммер А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973.
Т. М. Лифшиц.
фотоэффекта внутреннего
в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации (см.
Солнечная батарея
)
,инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).
Обычно Ф. г. конструктивно выполняют в виде плоской панели, собранной из отдельных
фотоэлементов,причём толщина полупроводника не превышает 0,2–0,3
мм.Кпд серийно выпускаемых Ф. г. 10–12%, у лучших образцов он достигает 15–18%. Ф. г. способны преобразовывать энергию излучения сверхвысокой плотности до нескольких
квт/см
2.Отдельные элементы Ф. г. могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно; при этом от генератора можно получать соответственно малые токи при большом напряжении (до нескольких
кв) или большие токи (до нескольких сотен
а) при малом напряжении.
Достоинства Ф. г. – портативность, практически неограниченный срок службы и хранения, отсутствие движущихся частей, простота обслуживания, отсутствие вредных для окружающей среды выделений; их недостаток – относительно высокая стоимость. Ф. г. используют в качестве автономных источников энергопитания аппаратуры космических летательных аппаратов, радиоприёмников и приёмно-передающих радиостанций, маяков и навигационных указателей, устройств антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов и т.п. Разработаны проекты создания солнечных электростанций большой мощности на основе Ф. г., снабженных концентраторами солнечного излучения.
Лит.:Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопресбразователи, М., 1971.
М. М. Колтун.
гидирование
телескопа. Ф. г. автоматически удерживает в поле зрения телескопа наблюдаемое небесное светило, движущееся вследствие видимого суточного вращения небесной сферы или реального его движения относительно звёзд.
усилитель
постоянного тока (напряжения), действие которого основано на увеличении тока в электрической цепи при освещении включенного в неё светочувствительного элемента (
фоторезистора,
фотоэлемента)
.Ток в цепи светочувствительного элемента зависит от яркости источника света и от площади освещаемой поверхности светочувствительного элемента. Соответственно этому Ф. у. подразделяются на две группы: к первой относятся фотоэлектронакальные, фотоэлектролюминесцентные и фотоэлектрогазоразрядные Ф. у., применяемые в качестве фотоэлектрических элементов автоматики для регулирования и регистрации различных процессов (
рис.
, а, б, в); во вторую входят фотоэлектрооптические усилители (
рис.
, г) и фотогальванометрические компенсационные усилители, используемые в качестве элементов точных электроизмерительных устройств.
Принципиальные схемы фотоэлектрических усилителей с изменяющейся яркостью источника света (а — фотоэлектронакальный, б — фотоэлектролюминесцентный, в — фотоэлектрогазоразрядный) и с изменяющейся площадью освещаемой поверхности светочувствительных элементов (г — фотоэлектрооптический): U(I)
вх— усиливаемое напряжение (ток); U(I)
вых— выходной сигнал; Е — вспомогательный источник тока (напряжения); С — силитовый стержень; Ф — фоторезистор; R — резистор; 1 — люминисцентный источник света; 2 — фотопроводник; ГЛ — газоразрядная лампа; Л — источник света; О — фокусирующая линза; К — конденсор; Р — решетчатые диафрагмы; ФЭ — фотоэлемент; Г — гальванометр; З — зеркало гальванометра.
