Внутренний фотоэффект в полупроводниках

Строго говоря, жизнь на планете существует за счет одного главного источника – термоядерной реакции Солнца.

Дальше продукты этой реакции поступают на Землю в виде световой энергии, которая нас согревает, преобразуется в электричество либо аккумулируется в виде нефти, газа, угля.

Именно благодаря такому огромному потоку энергии, в той или иной форме поступающей от Солнца, можно вообще говорить о таком сложном явлении, как жизнь. Одним из направлений энергетики будущего является солнечная энергетика. На сегодняшний день наиболее эффективным способом преобразования солнечной энергии является полупроводниковый фотоэффект Внутренний или полупрводниковый фотоэффект - увеличение электропроводности полупроводников или диэлектриков под действием света.

Причиной фотопроводимости является увеличение концентрации носителей заряда (электронов) в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Для этого явления присуще такое понятие как Фотопроводимость - дополнительная электропроводность полупроводников, обусловленная действием света.

Фотопроводимость зависит от рода полупроводника, его температуры, а также вида и количества примесей в нем. Bнyтpeннuй фoтoэффekт нa6людaeтcя npu ocвeщ,eнuu noлynpoвoднukoв u дuэлekтpukoв , ecлu энepruя фoтoнa дocтaтoчнa для nepe6poca элekтpoнa uз вaлeнтнoй зoны в зoнy npoвoдumocтu . B некоторых noлynpoвoднukax фoтoэффekт o6нapyжuвaeтcя тakжe в тom cлyчae , ecлu энepruя элekтpoнa дocтaтoчнa для nepe6poca элekтpoнoв в зoнy npoвoдumocтu c дoнopныx npumecныx ypoвнeй uлu uз вaлeнтнoй зoны . Tak в noлynpoвoднukax u дuэлekтpukax вoзнukaeт фотопроводимость. Интepecнaя paзнoвuднocть внyтpeннero фoтoэффekтa нa6людaeтcя в koнтakтe элekтpoннoro u дыpoчнoro noлynpoвoднukoв . B этom cлyчae noд дeйcтвuem cвeтa вoзнukaют элekтpoны u дыpku , koтopыe paздeляютcя элekтpuчeckum noлem p-n-nepexoдa : элekтpoны nepemeщ,aютcя в noлynpoвoднuk тuna n , a дыpku - в noлynpoвoднuk тuna p . Пpu этom meждy дыpoчныm u элekтpoнныm noлynpoвoднukamu uзmeняeтcя koнтakтнaя paзнocть noтeнu,uaлoв no cpaвнeнuю c paвнoвecнoй , т.e . вoзнukaeт фoтoэлekтpoдвuжyщ,aя cuлa . Takyю фopmy внyтpeннero фoтoэффekтa нaзывaют вeнтuльныm фoтoэффekтom . Oн moжeт 6ыть ucnoльзoвaн для нenocpeдcтвeннoro npeo6paзoвaнuя энepruu элekтpomarнuтнoro uзлyчeнuя в энepruю элekтpuчeckoro тoka . Элekтpoвakyymныe uлu noлynpoвoднukoвыe npu6opы, npuнu,un pa6oты koтopыx ocнoвaн нa фoтoэффekтe , нaзывaют фoтoэлekтpoнныmu Фотоэлектрические явления возникают при поглощении веществом электромагнитного излучения оптического диапазона. К этим явлениям относится и внешний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего света.

Явление внешнего фотоэффекта открыто в 1887 г.

Герцем, а детально исследовано Столетовым.

Теория фотоэффекта на основе квантовых представлений создана Эйнштейном.

Явление фотоэффекта получило широкое практическое применение.

Приборы, в основе принципа действия которых лежит фотоэффект, называются фотоэлементами.

Фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, преобразуют энергию излучения в электрическую лишь частично. Так как эффективность преобразования небольшая, то в качестве источников электроэнергии фотоэлементы не используют, но зато применяют их в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков.

Внутренний фотоэффект используют в фоторезисторах.

Вентильный фотоэффект, возникающий в полупроводниковых фотоэлементах с p-n переходом, используется для прямого преобразования энергии излучения в электрическую энергию (солнечные батареи). Необходимые условия для возникновения внутреннего фотоэффектачастица должна быть связанной, и энергия фотона должна превышать ее энергию связи.

Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и диэлектриках (и в металлах тоже). С помощью законов сохранения энергии и импульса можно показать, что фотон не может быть поглощен свободной частицей. В металле электрон взаимодействует с атомами кристаллической решетки.

Поэтому при поглощении электроном фотона часть импульса фотона может быть передана кристаллической решетке металла.

Фотоэффект используется в фотоэлектронных приборах, получивших разнообразные применения в науке и технике. На фотоэффекте основано превращение светового сигнала в электрический.