ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА внутрішнього фотоефекту 5
2. ВИКОРИСТАННЯ внутрішнього фотоефекту ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН 12
2.1 Фотоелектричні перетворювачі 12
2.2 Датчики положення 19
2.3 двокоординатної вимірювання положення 22
2.4 Датчики шорсткості 24
ВИСНОВОК 26
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 27
ВСТУП
Одним з найбільш важливих пріоритетів у розвитку людства є відкриття і використання нових видів енергії, одним з яких стало відкриття явища фотоефекту. З 1876 року, коли у Великобританії був створений перший фотоелемент, до наших днів вчені працюють над вдосконаленням цієї технології, підвищенням її ефективності. Проте справжня історія використання напівпровідникових перетворювачів почалася в 1958-му, коли на третьому радянському як джерело енергії були встановлені сонячні кремнієві батареї, відтоді основне джерело енергії в космосі. У 1974 році вчені розпочали промисловому виробництву сонячних батарей на гетероструктурах, тоді ж цими батареями стали оснащуватися штучні супутники. Зараз у світі йде робота над подвоєнням потужності сонячних фотоелектричних установок. Це найбільш перспективний спосіб отримання та використання енергії на Землі. Поки, правда, це найдорожчий вид енергії, але в перспективі її вартість буде порівнянна з тією, що виробляється на атомних станціях. Тим більше що така енергія екологічно безпечна і запаси її практично невичерпні. За оцінками фахівців, в 2020 році до 20 % Світової електроенергії здійснюватиметься за рахунок фотоелектричного перетворення сонячної енергії в машинобудуванні, приладобудуванні медицині, космосі та інших галузях. Вже зараз багато напрямів, на яких сонячна енергія знаходить широке застосування-це мобільний телефонний зв'язок, якій необхідна автономне живлення антен за відсутності ліній електропередач. [1]
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА внутрішнього фотоефекту
Внутрішній фотоефект являє собою процес утворення вільних носіїв заряду всередині речовини при впливі випромінювання. Взаємодія випромінювання з речовиною (далі будемо розглядати тільки напівпровідники) може відбуватися без зміни або із зміною енергії падаючого кванта. У цьому випадку лише поглинання фотонів представляє інтерес. При цьому, однак, можливо таке поглинання, при якому енергія фотона переходить в пружні коливання кристалічною грати, Іншими словами, в енергію фононів, в результаті поглинання випромінювання викликає підвищення температури тіла.
Цей ефект знаходить та практичне застосування в одній з різновидів фотоприймачів - Болометр, але через невисоку чутливості і низької швидкодії болометри в оптоелектроніці не застосовуються. Лише безпосереднє порушення атомів, що полягає в появі додаткових носіїв заряду (фотоносіїв), відноситься до фотоефекту. Фотоефект проявляється в електронних переходах двох типів: власних (фундаментальних) і домішкових (малюнок 1.1).
Власні переходи (чи власна провідність) супроводжуються збільшенням концентрації вільних носіїв обох знаків - і електронів, і дірок. Математичне умова початку виникнення власної фотопровідності записується так:
, (1.1)
де hv - енергія кванта випромінювання.
При виконанні цієї умови поблизу кордону поглинання, відповідної рівності в (1.1), залежність коефіцієнта поглинання від енергії кванта для прямозоні і непрямозонних напівпровідників відповідно має вигляд:
(1.2)
(1.3)
де А і В - константи;
- енергія фонона, а вибір знака в (1.3) залежить від того, чи йде процес з віддачею енергії фононів (плюс) або з отриманням енергії від нього (мінус).
В
Малюнок 1.1 - Власні (1) і домішкові (2, 3) фотопереходи електронів в напівпровіднику (Е л - рівень пастки)
В
Малюнок 1.2 - Спектральні залежності зворотного коефіцієнта поглинання () деякихнапівпровідників
прямозонних переходи відбуваються без зміни імпульсу електрона (), тобто для їх здійснення не потрібно участі якої третьої тіла, а потрібна лише зустріч електрона і дірки; такі переходи являють собою імовірнісні процеси першого порядку. При непрямозонних переходах обов'язкове передача частини імпульсу фонони (). Це процеси другого порядку, і їх ймовірність набагато менше (на кілька порядків), ніж прямозоні переходів.
Рівність у (1.1) визначає червону кордон фотоефекту
, (1.4)
де О» гр , мкм; E g , еВ.
Поблизу цієї межі П‡ росте дуже швидко, змінюючись, як правило, на 3-4 порядку при збільшенні енергії кванта на 0,1 еВ (малюнок 1.2). При виконанні умови (1.1) кожен поглинений фотон породжує одну пару електрон - дірка або, інакше словами, квантова ефективність О· = l. Це положення зберігається при підвищенні енергії квантів, і лише за hП…> (2 ... 3) E g квантова ефективніст...
