полі, називається фотострумом.
Рисунок 1 - Зовнішній фотоефект
Зовнішній фотоефект можна спостерігати в газах, рідинах і твердих тілах. Практичне значення має зовнішній фотоефект з твердих тіл в вакуум.
Вакуумний фотоелемент - один з приладів, заснований на зовнішньому фотоефект. Він складається з скляного балона, частина внутрішньої поверхні якого покрита металом. Балон є катодом К. Металеве кільце А служить анодом (малюнок 2).
Малюнок 2 - Вакуумний фотоелемент
Електрична ланцюг на малюнку 2 розімкнути; струм в ній буде існувати, тільки якщо з катода будуть вирвані (наприклад, світлом) електрони, які потім досягнутий анода. Сила фотоструму залежить від числа електронів, що вилітають з катода електронів або від його початкової швидкості, а також від різниці потенціалів між катодом і анодом. Залежність сили фотоструму від анодної напруги (при постійній освітленості катода) називається вольтамперной характеристикою (ВАХ) фотоелемента (малюнок 3).
Малюнок 3 - Залежність I від U
При напрузі U рівному 0 деякі з фотоелектронів долітають до анода, тому I? 0 при U=0. Із збільшенням U анода досягають все більше число електронів, і сила фотоструму при цьому поступово зростає. При деякій напрузі (званим напругою насиченні Uнас) все фотоелектрони досягають анода, і при подальшому збільшення напруги не призводить до збільшення сили струму. Отримане значення сили фотоструму називається струмом насичення I нас. За значенням сили струму насичення можна говорити про кількість електронів n, що випускаються катодом за одиницю часу:
нас=en (1)
У випадку, коли анодна напруга негативно, то воно істотно гальмуватиме фотоелектрони, і в слідстві сила струму зменшиться. При деякому значенні напруги U=UЗ lt; 0 (замикаюча напруга) навіть найшвидші фотоелектрони не в силах досягти анода. У цьому випадку струм припиняється і вся початкова кінетична енергія електронів буде витрачатися на здійснення роботи проти сил задерживающего електричного поля:
=eUЗ (2)
Таким чином, вимірявши затримуюче напруга UЗ, можна визначити максимальне значення швидкості і кінетичної енергії фотоелектронів. Вимірюючи величину струму насичення, можна судити про величину потоку випромінювання, падаючого на фотокатод (1).
1.1.2 Внутрішній фотоефект
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 зі 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 кристалічної решітки, іншими словами, в енергію фононів, в результаті поглинання випромінювання викликає підвищення температури тіла.
Внутрішній фотоефект спостерігається в діелектриках і напівпровідниках. Він полягає в обумовленому дії світла перерозподілі електроном по енергетичним рівням. Якщо енергія кванта h? перевищує ширину забороненої зони, що поглинув квант електрон переходить з валентної зони в зону провідності. У результаті з'являється додаткова пара носіїв струму - електрон і дірка, що проявляється у збільшенні електропровідності речовини. Якщо в речовині є домішки, під дією світла електрони можуть переходити з валентної зони на рівні домішки або з домішкових рівнів в зону провідності. У першому випадку виникає діркова, у другому - електронна фотопровідність.
Цей ефект знаходить і практичне застосування в одній з різновидів фотоприймачів - болометра, але через невисоку чутливості і низької швидкодії болометри в оптоелектроніці не застосовуються. Лише безпосередня порушення атомів, що полягає в появі додаткових носіїв заряду (фотоносіїв), відноситься до фотоефекту. Фотоефект проявляється в електронних переходах двох типів: власних (фундаментальних) і домішкових. Власні переходи (або власна провідність) супроводжуються збільшенням концентрації вільних носіїв обох знаків - і електронів, і дірок. Математичне умова початку виникнення власної фотопровідності записується так:
, (3)
де hv - енергія кванта випромінювання.
При виконанні цієї умови поблизу кордону поглинання, залежність коефіцієнта поглинання від енергії кванта для прямозоні і не прямозоні напівпровідників відповідно має вигляд:
(4)
(5)
де А і В - константи;
