Фотоелектричні явища
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Фотоелектричні явища

Фотоелектричні явища, електричні явища, що відбуваються в речовинах під дією електромагнітного випромінювання. Поглинання електромагнітної енергії в речовині відбувається завжди окремими порціями – квантами ( фотонами ) , рівними ( – Планка постійна, w частота випромінювання). Ф. я. виникають коли енергія поглиненого фотона витрачається на квантовий перехід електрона в стан з більшою енергією. Залежно від співвідношення між енергією фотонів і характерними енергіями речовини (енергією збудження атомів і молекул, енергією їх іонізації, роботою виходу електронів з твердого тіла і т.п.) поглинання електромагнітного випромінювання може викликати різні Ф. я. Якщо енергії фотона вистачає лише для збудження атома, то може виникнути зміна діелектричній проникності речовини ( фотодіелектричний ефект ) . Якщо енергія фотона достатня для освіти нерівноважних носіїв заряду в твердому телі – електронів провідності і дірок, то змінюється електропровідність тіла (див. Фотопровідність ) . В неоднорідних тілах, наприклад в напівпровідниках з неоднорідним розподілом домішок, зокрема в області електронно-діркового переходу, поблизу контакту двох різнорідних напівпровідників (див. Напівпровідниковий гетероперехід ), контакту напівпровідник – метал, або при неоднорідному опроміненні, а також в напівпровідниках, поміщених в магнітне поле, виникає електрорушійна сила (див. Фотоерс, Кикоїна – Носькова ефект ) . Фотопровідність і фотоерс можуть виникати також при поглинанні фотонів електронами провідності, внаслідок чого збільшується їх рухливість (див. Рухливість носіїв струму ) .

  Якщо досить велика для іонізації атомів і молекул газу, то відбувається фотоіонізація. Коли ця енергія поглинається електронами рідини або твердого тіла, якщо останні можуть досягти поверхні тіла і, здолавши той, що існує на ній потенційний бар'єр, вийти у вакуум або ін. середовище, то виникає фотоелектронна емісія . Фотоелектронну емісію часто називають зовнішнім фотоефектом . На відміну від нього, все Ф. я., обумовлені переходами електронів із зв'язаних станів в квазівільних усередині твердого тіла, об'єднуються терміном фотоефект внутрішній .

  Слід відрізняти Ф. я. від електричних явищ, що виникають при нагріванні тіл електромагнітним випромінюванням. Все Ф. я. обумовлені порушенням рівноваги між системою електронів, з одного боку, і атомом, молекулою або кристалічною решіткою – з іншою. Нерівноважний стан електронної системи тіла зберігається деякий час після поглинання фотона, протягом якого і можуть спостерігатися Ф. я. Потім надлишкова енергія електронів розсівається (наприклад, передається кристалічній решітці) і в телі встановлюється рівновага, відповідна вищій температурі. Ф. я. зникають, але із-за нагрівання тіла в нім можуть виникнути явища, по зовнішніх ознаках аналогічні Ф. я.: болометричний ефект (зміна електропровідності), піроелектричний ефект (див. Піроелектріки ), термоелектронна емісія, термоедс і ін. термоелектричні явища .

  В напівпровідниках і діелектриках електронів провідності мало, тому вже невеликого числа фотонів вистачає для помітного збільшення кількості електронів або їх енергії. Теплоємність же кристалічної решітки тіл дуже велика в порівнянні з теплоємністю «газу» електронів провідності. Внаслідок цього в тілах не дуже малих розмірів Ф. я. виникають при поглинанні в них набагато меншої енергії електромагнітного випромінювання, ніж та, яка необхідна для спостереження термоелектричних явищ. Інерційність Ф. я. у багато разів менше інерційності термоелектричних явищ і (на відміну від останніх) не залежить від розмірів тіл і якості теплового контакту їх з ін. тілами.

  В металах із-за дуже високої електропровідності внутрішній фотоефект не спостерігається і виникає лише фотоелектронна емісія.

  Літ.: Рибкин С. М., Фотоелектричні явища в напівпровідниках, М. 1963; Фотоелектронні прилади, М., 1965; Панків Же., Оптичні процеси в напівпровідниках, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973; Соммер А., Фотоемісійні матеріали, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973.

  Т. М. Ліфшиц.