Вентильный фотоэффект

Вентильная фотоЭДС - ЭДС, возникающая в результате пространственного разделения электронно-дырочных пар, генерируемых светом в полупроводнике электрическим полем n-р перехода, гетероперехода, приэлектродного барьера. При вентильном фотоэффекте электрическое поле к фотоэлементу не прикладывается, т. к. они сами являются генераторами фотоЭДС. Характерной особенностью фотоэлементов с вентильным фотоэффектом является наличие запирающего слоя между полупроводником и электродом, который вызывает выпрямляющее действие данного слоя (рис. 1.17).

Слой полупроводника с вентильным фотоэффектом обладает не только сопротивлением, но и емкостью и является выпрямителем и источником ЭДС при его освещении светом. На рис. 1.17 пластинка Сu (4) является одним из электродов. Сверху она покрывается тонким слоем (2) закиси меди Сu₂0 вследствие нагревания меди в воздухе при высокой температуре. Запирающий слой (3) образуется на границе Сu₂0 и меди. Сверху наносится тонкий полупрозрачный слой золота (1). При освещении между электродами 1 и 4 возникает разность потенциалов.

Рис. 1.17

Если соединить эти электроды через гальванометр, то при падении света возникает фототок, направленный от меди к Сu₂0. Фотопроводимость меднозакисных фотоэлементов вызвана движением дырок. Тонкий запирающий слой (d » 10^-7 м) на границе металл - полупроводник вызывает запирающее действие фотоэлемента и возникновение фотоЭДС до 1 В. В этом случае лучистая энергия света непосредственно переходит в электрическую. КПД фотоэлемента ~2,5%.

Эффект Комптона

Явление Комптона состоит в увеличении длины волны рентгеновских лучей при их рассеянии на атомах вещества, которое сопровождается фотоэффектом. С точки зрения классической волновой теории длина волны рассеянного излучения должна равняться длине волны падающего.

Схема опыта Комптона приведена на рис. 1.18, где S - источник рентгеновского излучения; D₁ и D₂ - диафрагмы, формирующие узкий пучок рентгеновских лучей; А - вещество, рассеивающее рентгеновские лучи, которые затем попадают на спектрограф С и фотопластинку Ф.

Явление Комптона характеризуется следующими закономерностями:

1. Зависит от атомного номера вещества. 2. При увеличении угла рассеяния интенсивность комптоновского рассеяния возрастает. 3. Смещение длины волны возрастает с увеличением угла рассеяния.

4. При одинаковых углах рассеяния смещение длины волны одно и

Рис. 1.18

тоже для всех веществ.

Явление Комптона объясняется тем, что оно происходит на электронах, слабо связанных в атомах.

Падающие рентгеновские лучи представляют собой поток рентгеновских фотонов с энергией e = hn и импульсом

.

Рис. 1.19

При взаимодействии рентгеновского фотона с электроном последний получает энергию (W) и импульс (р = mv) покидает атом (электрон отдачи), а энергия и импульс рассеянного фотона уменьшаются (рис. 1.19).

Для нахождения изменения длины волны рассеянного фотона в эффекте Комптона применим закон сохранения импульса

и закон сохранения энергии

W_ф + W₀ = W + ,

где полная энергия частицы

.

Из закона сохранения импульса находим импульс частицы (электрона).

Например, согласно рис. 1.19 (теорема косинусов)

. (1.32)

Учитывая релятивистский характер движения для фотона, имеем

W_ф= mc²

или

e = hn,

р_ф= mc,

т. е.

W_ф= hn= р_фс.

С учетом этого закон сохранения энергии представим в виде

. (1.33)

Решив совместно (6.18) и (6.19) и после возведения в квадрат получаем

или

, (1.34)

где

(1.35)

- импульсы падающего и рассеянного фотонов; j - угол рассеяния;

с - скорость света; h - постоянная Планка.

Используя связь длины волны с частотой в виде:

и

Dl = l^*- l,

получим

.

Следовательно,

. (1.36)

Величину = 2,43×10^-12 м называют комптоновской длиной волны.

Максимальное значение Dl достигается для лучей, рассеянных под углом j = p.

Явление Комптона наблюдается не только на электронах, но и любой заряженной частице, которая может взаимодействовать с электромагнитным излучением.

При повышении энергии падающих фотонов все больше и больше проявляются его корпускулярные свойства, заключающиеся в том, что фотоны превращаются в пары электрон - позитрон.

Это происходит, когда фотон достигает энергии hn ³ 2mc².

Такие фотоны вблизи ядер атомов превращаются в пары электрон - позитрон, а фотон исчезает.

Наряду с рождением частиц фотонов высоких энергий имеет место и обратный процесс - превращение электрона и позитрона в два или большее число фотонов.