3.5.4. Жартылай өткізгіш фотоэлементтің негізгі теңдеуі
Жарық түсірілгенде электрон басқа деңгейге өту теориясын Р. Кумеров ашты, онымен байланыссыз С.М.Рывкин анықтады. Жарық түскендегі фотоэлектр қозғаушы күштің шамасын анықтайық, р-n ауысуы болатын жұқа қабатты жазық бір текті деп алайық.
Бұл жағдайда қарапайым болуы үшін, р-n ауысының диоттық теориясы тұрғысынан қарастырайық. Жарық әсер еткендегі р-n ауысуы арқылы өтетін, мысалы электрондық аймағындағы токтың шамасын қарастырады.
Токтардың бағытын ескере отырып, р-n ауысуының тепе-теңдік күйі үшін төменгі теңдеуді жазуға болады:
.
(3,33)
n-обылысқа жарық түсірсек оның ішінде жұтылған фотондар энергиасының әсерінен электрон кемтік қос бөлшегі пайда болады. Бірінші жуықтауда электрондардың тепе-теңдік концентрациасы өте көп болғандықтан, n-аймағындағы электрондар концентрациасы артады.
Сондықтан жарық әсерінен іс жүзінде n-обылысындағы негізгі емес заряд тасымалдаушылар концентрациасы болады.
Бұл жағдайда кемтіктік тоқ көбейеді. Бұл тоқтың қосымшасы Iф болсын, Iф тоғының болуы (3,29) тепе-теңдігін бұзады,соның нәтижесынен электрондық обылысқа қараған кемтіктің обылысы оң зарятталады,олай болса ондағы электрондардың деңгейі төмендейді.
Бұл жағдайда р-n обылысындағы Ферми деңгейлері бір-біріне сәйкес келмейді, олардың арасындағы энергетикалық деңгей бойынша айырма ∆Е тік бағытта түсірілген ∆φ потенциалдар айырмасына тең болады. Осылайша р-n ауысуға жарық түсіргенде потенциалдық барьер кемиді, ал соның нәтижесінде негізгі тасымалдаушылардың ағыны артады. Стационарлық күйінде р-n өтуіндегі екі бағыттағы заряттар ағыны бір-бірін теңгереді және жалпы тең болады.
,
(3,34)
мұндағы
р-n ауысуынан жарық әсер еткен кезіндегі
тепе-тең заряд таушылардың тоғы, Іф-фото
ток.
Жарық әсерінен пайда болатын артық қосымша заряд тасымал-даушылардың өсімшесі Іф-тоғы бойынша әсерленгендіктен, жарық әсер еткендігі теңбе-тең қосымша заряд тасымалдаушылар токтары өзінің қараңғылық жағдайындағы мәніне тең болады:
Іe=Іps=A
p e
-
;
(3,35)
Ine=Ins=A
n e
-
.
Негізгі тасымалдаушылар тоғы жарық әсерінен потенциялдық барьердің q0 φхх- ке төмендеуі есебінен көбейеді және оның мәні
=
Inse-
.
(3,36)
Негізгі емес заряд тасымалдаушы тоғының (3,35) мәнін және негізгі заряд тасымалдаушылар тоғының мәнін (3,36), (3,34) теңдеуге қойып, төмендегі өрнекті аламыз:
(3,37)
немесе
(3,38)
(3,38) теңдеуді логорифм деп, бос жүріс кернеуінің мәнін немесе фотоэлектр қозғаушы күшінің шамасын табамыз.
Мұндай құралдар радиоактивтік сәулелену индикатор ретінде, сонымен қатар ядролық энергияны бірден электр энергиясына айналдыру үшін қолданылады.