Внешний фотоэлектрический эффект
1905 г. - немецкий физик Альберт Эйнштейн – успешное объяснение фотоэффекта:
Поглощение света осуществляется такими же одинаковыми порциями (квантами) энергии ħ , как и его испускание.
Полное поглощение электроном полученной энергии в форме кванта ħ .
Работа выхода A* - минимальная величина энергии для удаления электрона
из твердого тела или жидкости в вакуум.
Возможность потери части энергии E'
в результате взаимодействия электрона с веществом (освобождение электрона не на самой поверхности, а на некоторой глубине).
Максимальное значение кинетической энергии Ek электрона, покидающего вещество, если E'=0.
21
Внешний фотоэлектрический эффект
Уравнение Эйнштейна: 12 mvm2 A*
A* > ħ : электроны не могут покинуть металл.
Условия проявления фотоэффекта:
|
|
A |
* |
2 c |
|
|
|
|
|||
0 |
|
0 |
|
||
* |
|||||
|
|||||
|
|
|
A |
0 или λ0 – красная граница фотоэффекта.
22
Внешний фотоэлектрический эффект
1916 - американский физик Роберт Милликен:
•очистка поверхности в вакууме,
•измерение работы выхода электронов,
•измерение зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света,
•оценка величины ħ - совпадение со значениями,
полученными из спектрального распределения равновесного теплового излучения и коротковолновой границы спектра тормозного излучения.
23
Внешний фотоэлектрический эффект
Пропорциональность потока света Ф
числу квантов света, падающих на поверхность в единицу времени.
Пропорциональность числа освобожденных (благодаря фотоэффекту) электронов потоку
Ф.
Пропорциональность тока насыщения Iн потоку Ф.
Больше света, больше фотоэлектронов.
Одноэлектронный (внешний) фотоэффект
Многоэлектронный фотоэффект – электрон, вылетающий из металла, получает энергию не одного, а N фотонов
(N = 2, 3, 4, 5), как в случае лазеров.
Уравнение Эйнштейна N 12 mvm2 A
24
Внутренний фотоэлектрический эффект
Внутренний фотоэлектрический эффект – результат перераспределения электронов по энергетическим уровням в диэлектриках и полупроводниках.
Переход электрона, поглотившего квант света, из валентной зоны в зону проводимости при превышении его кинетической энергией,
ширины запрещенной зоны между ними.
Появление дополнительной пары носителей тока – электрон и дырка, проявляющееся в повышении электропроводности вещества.
25
Внутренний фотоэлектрический эффект
Дырочная или электронная фотопроводимость – результат перехода электронов с примесных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на уровни примеси.
26
Внутренний фотоэлектрический эффект
Накапливание под действием света избыточных носителей тока
на границах p-n перехода из двух полупроводников с разными носителями
тока или на границе металл - полупроводник.
Возникновение фотоэлектродвижущей силы.
27
Внутренний фотоэлектрический эффект
Пропорциональность количества образующихся носителей тока падающему световому потоку.
Пропорциональность тока насыщения, возникающего в замкнутой цепи с p-n
переходом, падающему на кристалл световому потоку.
Фотосопротивления из полупроводников PbS, PbSe, PbTe, InSb - детекторы инфракрасного излучения.
Фотометры, экспонометры – приборы для измерения световых потоков.
28
Внутренний фотоэлектрический эффект
Солнечная батарея –
несколько соединенных последовательно кремниевых p-n переходов.
Использование для питания радиоаппаратуры на космических ракетах и спутниках Земли.
29
Фотоны
Планк: свет испускается порциями, равными ħ ,
- объяснение распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения.
Эйнштейн: свет поглощается порциями, равными ħ ,
- объяснение фотоэффекта.
Гипотеза Эйнштейна (1926):
свет распространяется дискретными порциями - частицами (квантами света - фотонами).
30