Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
электроны, для которых удовлетворяется условие та2/2 > eV3. Величина
задерживающего потенциала определяется из условия
ян>макс/2 = еН3, (15.21)
где v - максимальная скорость вырванных электронов, Подставив (15.21) в
(15.19), получим
hv = А + еК3,
откуда
V^vv~r- <15-22>
Таким образом, величина задерживающего потенциала не зависит от
интенсивности, а зависит только от частоты падающего света.
Работу выхода электронов из металла и постоянную Планка
можно определить, построив график зависимости V3 от частоты падающего
света (рис. 15.4). Как видно, tg а = hie и отрезок, отсекаемый от оси
потенциала, дает Ale.
Ввиду гого что интенсивность света прямо пропорциональна количеству
фотонов, увеличение интенсивности падающего света приводит к увеличению
числа вырванных электронов, т. е. к увеличению фототона.
344
Формула Эйнштейнг i неметаллах имеет вид
Наличие Ах-работы отрыва связанного электрона от атома внутри неметаллов
- объясняется тем, что в отличие от металлов, где имеются свободные
электроны, в неметаллах электроны находятся в связанном с атомами
состоянии. Очевидно, при падении света на неметаллы часть световой
энергии тратится на фотоэффект в атоме- на отрыв электрона от атома, а
оставшаяся часть тратится на работу выхода электрона и сообщение
электрону кинетической энергии.
В отличие от металлов в полупроводниках и диэлектриках также возникает
так называемый внутренний фотоэффект, состоящий в возбуждении электронов
из валентной зоны в зону проводимости. Для внутреннего фотоэффекта
энергия поглощенного светового кванта не должна быть меньше ширины
запрещенной зоны (разность энергии между нижней границей зоны
проводимости и верхней границей валентной зоны).
Смещение "красной границы" фотоэффекта. Выше мы излагали суть теории
Эйнштейна и ее экспериментальное подтверждение в рамках линейной оптики -
при слабых световых полях. Подобный фотоэффект можно называть
однофотонным.
Если в качестве источника света пользоваться мощными лазерными
источниками, то возникает многофотонное поглощение *, а следовательно
многофотонный фотоэффект. Под действием светового поля напряженностью 107
В/см удалось надежно регистрировать шести- и семифотонную ионизацию
инертных газов.
Двухфотонный внутренний фотоэффект в полупроводнике наблюдался еще в 1964
г. в CdS при использовании рубинового лазера.
Отметим, что энергия фотонов нелазерных излучений с той же частотой, что
у излучения рубинового лазера (1,8 эВ), явно недостаточна для
осуществления внутреннего фотоэффекта в CdS, ширина зоны у которого 2,4
эВ. Единственной причиной возникновения внутреннего фотоэффекта под
действием мощного лазерного излучения явилось поглощение более одного
фотона в каждом акте.
Многофотонный фотоэффект приводит к исчезновению "красной границы"
фотоэффекта, определяемой формулой (15.20а), и ее смещению в
длинноволновую часть шкалы электромагнитных волн. Это вполне понятно, так
как при многофотонном, например "-фотонном, фотоэффекте в левой части
выражения (15.19) будет присутствовать энергия не одного, а п квантов. В
частности, если энергии всех поглощенных квантов равны, то для "-
фотонного фотоэффекта условие (15.20) будет иметь вид n-hv'Mvm = А, где
hv'Mmi - энергия одного фотона. Тогда v"HH = A/hn = hvM!lH/hn, т. е.
"красная граница", выраженная в частотах, в этом случае станет в п раз
меньше по сравнению с однофотонным фотоэффектом.
* См,- Бонч-Бруевич А. М., Ходовой В. А. УФН, 1965, т. 85, вып. 1, см.
также § 6 гл. XVIII данного учебного пособия.
(15.23)
345
§ 4. ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ
В отличие от рассмотренного выше внешнего фотоэффекта, при котором под
действием света электроны выходят из исследуемой среды наружу, для
полупроводников более характерны два других фотоэлектрических явления:
внутренний и вентильный фотоэффекты.
Фотопроводимость. Внутренний фотоэффект, или фотопроводимость, - это
явление возникновения внутри полупроводника избыточных носителей тока под
действием освещения. В простейшем случае собственного полупроводника
излучение возбуждает валентные электроны в зоне проводимости, где они
находятся в свободном состоянии и могут участвовать в процессе переноса
заряда. Вклад в проводимость дают также возникающие в валентной зоне
дырки. В примесном полупроводнике "-типа кроме собственного фотоэффекта
возможно еще возбуждение электронов из связанных состояний на донорных
центрах в зону проводимости. Аналогичным образом в полупроводниках p-типа
возможно возбуждение электронов из валентной зоны на акцепторные уровни,
создавая тем самым подвижные дырки. Характерно, что в обоих случаях
примесной фотопроводимости в кристалле генерируются свободные носители
только одного знака. Так же, как и внешний фотоэффект, фотопроводимость
проявляется в однородном материале в присутствии внешнего электрического
поля.
Вентильный фотоэффект. Вентильный фотоэффект - это явление возникновения
э. д. с. при освещении контакта двух разных полупроводников или
