Большая Советская Энциклопедия (ФО)

Большая Советская Энциклопедия

Спектр примесной фотопроводимости состоит из набора пиков, каждый из которых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определенного сорта (см. рис. ). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые количества примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10^{– 11} % от общего числа атомов. Теоретический предел чувствительности Ф. с. ещё на несколько порядков ниже.

Лит.: Лифшиц Т. М., Лихтман Н. П., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия примесей в полупроводниках, «Письма в редакцию ЖЭТФ», 1968, т. 7, в. 3, с. 111–14; Коган Ш. М., Седунов Б. И., Фототермическая

ионизация примесного центра в кристалле, «Физика твердого тела», 1966, т. 8, в. 8, с. 2382–89; Быкова Е. М., Лифшиц Т. М., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия, полный качественный анализ остаточных примесей в полупроводнике, «Физика и техника полупроводников», 1973, т. 7, № 5, с. 986–88; Kogan Sh. М., Lifshits, T. М., Photoelectric Spectroscopy – a new Method of Analysis of Impurities in Semiconductors, «Physica status solidi (a)», 1977, 39, № 1, p. 11.

Т. М. Лифшиц.

Фотоэлектрический спектр Ge с примесями B, Al, Ga.

Фотоэлектрические явления

Фотоэлектри'ческие явле'ния, электрические явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отдельными порциями – квантами (фотонами ), равными

(

– Планка постоянная , w– частота излучения). Ф. я. возникают, когда энергия поглощённого фотона затрачивается на квантовый переход электрона в состояние с большей энергией. В зависимости от соотношения между энергией фотонов и характерными энергиями вещества (энергией возбуждения атомов и молекул, энергией их ионизации, работой выхода электронов из твёрдого тела и т.п.) поглощение электромагнитного излучения может вызывать разные Ф. я. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости вещества (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 , термоэдс и 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.

Фотоэлектрический генератор

Фотоэлектри'ческий генера'тор, устройство, непосредственно преобразующее энергию оптического излучения в электрическую на основе явления 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/см² . 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.

Фотоэлектрический гид

Фотоэлектри'ческий гид в астрономии, вспомогательное фотоэлектрическое устройство, автоматически выполняющее 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.