столкновении кванта света (фотона) с электроном в металле фотон может поглотиться и передать свою энергию электрону. И хотя в то время подобная идея ставила больше вопросов, чем давала ответов, она сумела объяснить все экспериментальные факты в теории фотоэффекта. Предположим, что для удаления электрона из металла необходимо затратить энергию W0 . Тогда, поглотив фотон с энергией и вылетев с поверхности, электрон будет иметь энергию – W0 . Это и будет максимально возможная кинетическая энергия:

Km W0 .

Данное соотношение согласуется с экспериментальной кривой, изображенной на рис.20. Естественно, что наклон прямой должен быть связан

После впечатляющих успехов Планка и Эйнштейна сомнений в том, что свет можно рассматривать как поток частиц, стало меньше. Но они окончательно развеялись после использования идеи квантов света для объяснения процесса рассеяния фотонов на свободных электронах. Этот процесс носит название эффекта Комптона. Впервые он был подтвержден Комптоном в 1923 г. Задача, оказывается, чрезвычайно проста, если рассматривать взаимодействие электрона с фотоном как простое столкновение

двух шариков и использовать при этом законы сохранения механики, конечно, с учетом релятивизма.

Следуя Эйнштейну, припишем фотону импульс:

h p c .

И пусть этот фотон с импульсом p и энергией pc сталкивается с

В соответствии с законом сохранения импульса

p p pe.

Если возведем обе части этого уравнения в квадрат и вычтем из предыдущего, то получим

m2c2 2pp 2pmc 2p mc 2pp cos Ee2 pe2 , c2

обнаружил, что у рассеянных фотонов увеличиваетсяБ длина волны в соответствии с предсказаниями покакпоследней формуле.

Эффект Комптона, фотоэффе т, р вновесное тепловое излучение и

множество других эксперим нтов с участием света и атомов подтвердили, что

помощьюбзонной теории кристаллических тел. Для полупроводников характерно Бнал ч е не очень широкой ( E = 0,5 – 2 эВ) запрещенной зоны. Валентная зона

электропроводимости полупроводников и диэлектриков под действием облучения.

Это лениеяв также называют фотопроводимостью. Его можно объяснить с

собственного полупроводника заполнена полностью. В свободную зону электроны могут переходить из валентной, получив извне для такого перехода энергию не менее энергии активации (ширина запрещенной зоны). При этом в зоне проводимости образуются вакантные места, называемые «дырки». Эти пары разноименно заряженных носителей тока способны под действием внешнего электрического поля приходить в упорядоченное движение, образуя электрический ток. Одним из способов получения дополнительного количества носителей заряда в полупроводнике является поглощение им световой энергии.

Электрон, находящийся в валентной зоне, поглощая фотон, переходит в зону проводимости, а в валентной зоне появляется «дырка». Очевидно, что

концентрация электронов и «дырок», а также зависящая от неё электропроводимость вещества пропорциональны числу фотонов, падающих на единицу поверхности вещества за единицу времени, т.е. интенсивности монохроматического света. Исходя из того, что энергия фотона не должна быть меньше энергии активации, можно определить граничную частоту для данного вещества – «красную границу» фотоэлемента:

h 0 E.

Эта граничная частота определяет переход электрона с самого верхнего

уровня валентной зоны на самый нижний уровень зоны проводимости. В

электронов из валентной зоны и образованием пар электрон-дыркаР. Однако характер проводимости полупроводников n-типа и р-типа различен.

примесных полупроводниках с небольшим содержанием примесей вероятность

поглощения фотонов электронами примесных атомов мала. Поэтому изменение

проводимости под действием света также в основном связано с переходом

от десятых долей до двух электронвольт, поэтому фотопроводимость может

обнаруживаться в инфракрасной, видимой ультрафиолетовой области спектра.

Это объясняется двумя причинами: к1) отдельныеа электроны могут оказаться под суммарным воздействием эн ргии фотонов и энергии тепловых колебаний решетки; 2) ширина запрещ нной зоны подвержена флуктуациям, так как

Некоторая фотопроводимость обнаружив ется и при частоте света чуть меньше

граничной (т.е. вызываемая квантами с энергией меньше энергии активации).

характер. После прекращения облучения проводимость за время от нескольких

ядра окружающих его электронов. По классической механике такая система

классической электродинамики такой атом был бы все же неустойчив, так как при движении с ускорением электроны должны были бы излучать энергию в виде электромагнитных волн и, следовательно, постепенно падать на ядро. Вместе с тем и частота обращения при этих условиях должна была бы непрерывно меняться, и мы получили бы сплошной спектр вместо резких спектральных линий. Тот факт, что этого на самом деле не наблюдается и спектр