2.16.2. Дембера эффект

Входы: световой поток.

Выходы: ЭДС.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.61. Установка для наблюдения эффекта Дембера

Сущность:

Эффектом Дембера называется возникновение фотоэдс между освещенной и неосвещенной частями поверхности однородной по всему объему полупроводниковой пластины при облучении ее светом, спектральный состав которого лежит в области собственного поглощения полупроводника. Эксперимент по наблюдению эффекта Дембера представлен на (рис. 2.61).

Математическое описание:

Под действием квантов света на поверхности проводника образуются избыточные электроны и дырки. Они, в свою очередь, диффундируют вглубь образца в положительном направлении оси Y. Так как коэффициенты диффузии электронов D_E и дырок D_H различны, то в полупроводнике возникает электрическое поле (), которое связано с градиентом концентрациифотоносителей. Эта связь описывается формулой:

,

где n₀ и p₀ - темновые концентрации электронов и дырок в полупроводнике;

k – постоянная Больцмана;

T – температура;

l – длина пластины.

Применение:

Эффект Дембера используется в исследованиях физических свойств полупроводников. Техническое приложение эффекта Дембера не реализовано в силу малости фотоэдс и невозможности его прямого измерения, т. к. его невозможно отделить от вентильной фотоэдс.

3. Эффект Кикоина-Носкова

Входы: магнитное поле, световой поток.

Выходы: ЭДС.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.62. Возникновение электрического

поля в полупроводнике

Сущность:

Суть эффекта состоит в возникновении электрического поля в полупроводнике при помещении его в магнитное поле и одновременном освещении светом, в составе которого имеются спектральные линии, сильно поглощаемые полупроводником. При этом возникшее электрическое поле перпендикулярно магнитному полю и направлению светового потока. Величина светомагнитной ЭДС пропорциональна магнитной индукции и интенсивности светового потока. Эта пропорциональность нарушается при больших освещенностях, когда происходит насыщение.

Механизм эффекта таков: в результате внутреннего фотоэффекта вблизи освещенной поверхности полупроводника в избытке образуется электроны и дырки, которые диффундируют в глубь кристалла. Продольный диффузионный ток под действием поперечного магнитного поля отклоняется и расцепляется, что приводит к возникновению поперечной ЭДС.

Эффект возникает в результате действия магнитного поля на диффузионный ток носителей в полупроводнике - электронов и дырок, направленный от освещенной части образца (где поглощенный квант образует электронно-дырочную пару) к неосвещенной (электроны и дырки при этом отклоняются в разные стороны).

Если свет падает в направлении оси х (рис.2.62) и магнитное поле параллельно оси у, то между электродами А и В появится ЭДС - Е_фмэ. Если замкнуть электроды А и В на малое сопротивление, возникает ток короткого замыкания, I_кз.

Математическое описание:

,

,

,

H – напряженность магнитного поля,

J – интенсивность света,

e – заряд,

L – диффузионная длина,

- подвижность электронов и дырок соответственно,

S – скорость поверхностной рекомбинации,

R – сопротивление проводника,

D – коэффициент диффузии,

С – скорость света в вакууме,

– ток короткого замыкания.

Применение:

ИК-спектроанализатор, обладает повышенной чувствительностью в тех участках спектра, где значения показателей инфракрасного спектра наиболее ярко отражают особенности молекулярных связей воды и фундаментальных компонентов биологических жидкостей, в частности крови.

3. Фотохромный эффект

Входы: излучение.

Выходы: цвет.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.63. Зависимость спектра поглощения от длины волны;

1 - спектр поглощения в основном состоянии (состояние A);

2 - спектр поглощения в фотоиндуцированном состоянии (состояние B); k- спектр поглощения; длина волны

Сущность:

Фотохромный эффект заключается в изменении окраски вещества под действием видимого или ультрафиолетового излучения. В отличие от обычного выцветания красок, этот эффект обратим. Первоначальная окраска или отсутствие таковой восстанавливается через некоторое время в темноте под действием излучения другой частоты или при нагревании. Но наведенную окраску можно и сохранить сколь угодно долго, если охладить фотохромное вещество или обработать его некоторыми газами. Фотохромизм также восстанавливается при соответствующей вторичной обработке.

Скорость окрашивания и интенсивность окраски зависят не только от структуры молекул самого фотохромного соединения, но и от среды, в которую оно может быть введено (стекло, керамика, жидкость, пластмасса, ткань и др.).

Многие фотохромные вещества при облучении интенсивным светом могут темнеть, причем их "быстродействие" достигает несколько микросекунд. Это позволяет использовать фотохромные тела как светозатворы для защиты глаз или светочувствительных приборов от неожиданной вспышки мощного излучения. Есть возможность использовать их как регуляторы светопропускания в зависимости от интенсивности света.

Явление фотохромизма объясняется переходом вещества при поглощении света из основного состояния, называемого состоянием A, в фотоиндуцированное состояние B, для которого характерен иной спектр поглощения света, чем в состоянии A (рис.2.63). Фотоиндуцированное состояние B, в которое под действием света переходят некоторые вещества под действием света, имеет определённое время жизни, по истечении которого происходит самопроизвольный обратный переход в состояние A за счёт внутренней энергии вещества.

Математическое описание:

На основании закона Бугера - Ламберта отношение интенсивности двух спектральных составляющих проходящего света I (l₁), соответствующей длине волны l₁ и I (l₂), соответствующей длине волны l₂, по мере распространения в ФВ будет затухать экспоненциально для коэффициентов поглощения k(l₁)>k(l₂):

I (l₁)/ I(l₂) =( I₀₁/I₀₂) exp(-(k(l₁)-k(l₂)) x),

где

I₀₁ и I₀₂ – интенсивности, соответствующие длинам волн l₁ и l₂ спектральных составляющих света перед и после прохождения ФВ.

Применение.

Явление фотохромизма широко используется в оптике, оптоэлектронике и голографии. В частности, явление фотохромизма применяется в устройствах регистрации, обработки и хранения оптической информации, устройствах модуляции оптического излучения (лазерный затворы).

А.с.267 967: Устройство для представления информации в трехмерной форме, отличающееся тем, что с целью улучшения стереоскопического восприятия трехмерных изображений и упрощения устройства оно содержит три параллельных ряда плоских панелей, на противоположных концах которых нанесены изготовленные из фотохромного материала активные зоны, одна из которых служит для просмотра изображения, а другая - для обработки информации, причем все панели установлены на разной высоте на трех осях

Патент США 355824: Световой затвор содержит фотохромное тело, показатель преломления которого может изменяться при облучении световым потоком определенной длины волны для данного фотохромного материала. Фотохромное тело совместно с модулятором света образует изображение при изменении показателя преломления. Например, фотохромное тело может вводиться в полость эталона Фабри-Перо или в призму Волластона.