3. Вимоги до н/п гетеропереходу та структури їх енергетичних зон

Білет 17

1) Закони Столєтова та Енштейна. Червона межа фотоефекту.

П роти цинкового добре очищеного диска (катода) К розміщена прозора для світла металева сітка С, крізь яку на поверхню диска направляється потік світла. До сітки приєднаний позитивний полюс джерела постійного струму, а до диска через гальванометр приєднаний негативний полюс.

Спостерігаючи слабкі струми, що виникають в ланцюзі при освітленні диска, А. Г. Столєтов встановив ряд основних закономірностей фотоелектронної емісії. Досліди показали, що струм в ланцюзі спостерігається тільки при зазначеної на рисунку полярності джерела струму. Це означає, що струм створюється електронами, що виходять з катода під дією світла. Напруга між сіткою і катодом забезпечує їх рух у вакуумі від катода до сітки.

А. Г. Столєтов проводив свої дослідження в повітрі і при значно зниженому тиску до 0,27 Н/м2 (0,002 мм. рт. ст.).

Він встановив, що величина фотоструму (при постійній частоті світла) пропорційна світловому потоку Іф = кФ , (3.1) де Ф - світловий потік; к - коефіцієнт пропорційності, названий коефіцієнтом чутливості фотоелектронного катода.

Закон пропорційності фотоструму світловому потоку отримав назву закону Столєтова.

Дослідження впливу частоти світла показало, що струм появляється тільки при достатньо великій частоті випромінювання і при однакових світлових потоках, як правило, виявляється тим більшим, чим більша частота світла. Таким чином, чутливість фотоелектронного катода кν до монохроматичному світла (спектральна чутливість) різна для різних частот світла.

Вперше пояснення цього явища і його математичне формулювання було зроблено А.Ейнштейном в 1905 р., за що він був удостоєний Нобелівської премії. Відповідно до цієї теорії світловий потік являє собою потік фотонів, енергія яких дорівнює hv де h = 6,62 ∙ 10-34 Дж∙сек - постійна Планка, v = с/λ - частота світла з довжиною хвилі λ, с - швидкість світла, що дорівнює 3·106 м/сек. При падінні потоку фотонів на металевий катод кожен фотон, проникаючи в метал, взаємодіє з одним вільним електроном металу, повністю віддаючи йому свою енергію. Отримана електроном енергія hv підсумовується з енергією ε, яку мав електрон до зустрічі з фотоном. Якщо швидкість електрона по нормалі до поверхні буде достатньою для подолання потенційного бар'єру W0 на границі металу, то електрон може вилетіти з металу (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Енергетична діаграма металу (до пояснення рівняння фотоелектронної емісії Ейнштейна)

кінетична енергія, яку має електрон, що покинув катод. Найбільшу кінетичну енергію після виходу з катода будуть мати ті електрони, які до зустрічі з фотоном мали в металі найбільшу енергію і знаходилися поблизу поверхні, так що для них Δε = 0.

При температурі абсолютного нуля найбільшою енергією володіють електрони, енергія яких відповідає рівню Фермі. Для цього випадку рівняння (3.2) запишеться у вигляді

звідки максимальна кінетична енергія фотоелектронів