«Фотоэлектрические явления»

электрические явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отдельными порциями – квантами (Фотонами), равными ηω(η – Планка постоянная, ω–частота излучения). Ф. я. возникают, когда энергия поглощённого фотона затрачивается на квантовый переход электрона в состояние с большей энергией. В зависимости от соотношения между энергией фотонов и характерными энергиями вещества (энергией возбуждения атомов и молекул, энергией их ионизации, работой выхода электронов из твёрдого тела и т.п.) поглощение электромагнитного излучения может вызывать разные Ф. я. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости (См. Диэлектрическая проницаемость) вещества (Фотодиэлектрический эффект). Если энергия фотона достаточна для образования неравновесных носителей заряда в твёрдом теле – электронов проводимости и дырок, то изменяется электропроводность тела (см. Фотопроводимость).В неоднородных телах, например в полупроводниках (См. Полупроводники) с неоднородным распределением примесей, в частности в области электронно-дырочного перехода (См. Электронно-дырочный переход), вблизи контакта двух разнородных полупроводников (см. Полупроводниковый гетеропереход), контакта полупроводник – металл, или при неоднородном облучении, а также в полупроводниках, помещенных в магнитное поле, возникает электродвижущая сила (см. Фотоэдс, Кикоина – Носкова эффект (См. Кикоина - Носкова эффект)). Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см. Подвижность носителей тока).

Если ηωдостаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда эта энергия поглощается электронами жидкости или твёрдого тела, если последние могут достичь поверхности тела и, преодолев существующий на ней Потенциальный барьер, выйти в вакуум или др. среду, то возникает Фотоэлектронная эмиссия.Фотоэлектронную эмиссию часто называют внешним Фотоэффектом. В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином Фотоэффект внутренний.

Следует отличать Ф. я. от электрических явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллической решёткой – с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется некоторое время после поглощения фотона, в течение которого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (например, передаётся кристаллической решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой температуре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внешним признакам аналогичные Ф. я.: болометрический эффект (изменение электропроводности), пироэлектрический эффект (см. Пироэлектрики), Термоэлектронная эмиссия, Термоэдс и др. Термоэлектрические явления.

В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. Теплоёмкость же кристаллической решётки тел очень велика по сравнению с теплоёмкостью «газа» электронов проводимости. Вследствие этого в телах не очень малых размеров Ф. я. возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, которая необходима для наблюдения термоэлектрических явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термоэлектрических явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.

В металлах (См. Металлы) из-за очень высокой электропроводности внутренний фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.

Лит.: Рыбкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Панков Ж., Оптические процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1973; Соммер А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973.

Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - см. Фотоэффект.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

электрические явления (изменение электропроводности, возникновение эдс, изменение поляризации или эмиссия эл-нов), происходящие в в-вах под действием эл.-магн. излучения. Ф. я. возникают, когда энергия фотона ћw затрачивается на квант. переход эл-на в состояние с большей энергией. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрич. проницаемости в-ва (фотодиэлектрический эффект). Если энергия фотона достаточна для генерации эл-нов проводимости и дырок, то увеличивается электропроводность тела (см. ФОТОПРОВОДИМОСТЬ). В неоднородных полупроводниках, в частности в области р—n-перехода, и гетероперехода, вблизи контакта ПП — металл, возникает фотоэдс (см. КИКОИНА — НОСКОВА ЭФФЕКТ). Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов эл-нами проводимости, в результате к-рого увеличивается их подвижность.

Если ћw достаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда энергия фотонов, полученная эл-нами жидкости или твёрдого тела, достаточно велика, то последние могут достичь поверхности тела и, преодолев потенц. барьер, выйти в вакуум или др. среду. В этом случае возникает фотоэлектронная эмиссия, к-рую называют внешним фотоэффектом. В отличие от него, Ф. я., обусловленные переходами эл-нов из связанных состояний в свободные внутри тв. тела, объединяются термином «внутренний фотоэффект». В металлах из-за очень высокой электропроводности внутр. фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

- электрич. явления, возникающие в веществе, в т. ч. в полупроводниках и полупроводниковых структурах, под действием эл.-магн. излучения. К Ф. я. относят появление разл. фотоэдс (см. Дембера эффект, Фотогальванический эффект), изменение электропроводности под действием излучения (см. Фотопроводимость), изменение диэлектрич. проницаемости ( фотодиэлектрический эффект), фотоэлектронную эмиссию. Ф. я. возникают в результате оптич. переходов в твёрдых телах и вызванного этими переходами изменения пространств. распределения электронов и их распределения по квазиимпульсам. Ф. я. принято отличать от болометрич. явлений, в к-рых эдс, изменение проводимости и т. п. вызываются повышением темп-ры тела (общей для электронов и кристаллич. решётки) при поглощении им излучения (см. Болометр).

Лит.: Тауц Я., Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Аут И., Генцов Д., Герман К., Фотоэлектрические явления, пер. с нем., М., 1980.

Э. М. Эпштейн.