§ 65. Внутренний фотоэффект

Кроме рассмотренного в § 9 внешнего фотоэффекта (называемого обычно просто фотоэффектом), существует также внутренний фотоэффект, наблюдаемый в диэлектриках и полупроводниках. Он заключается в обусловленном действием света перераспределении электронов по энергетическим уровням. Если энергия кванта превышает ширину запрещенной зоны, поглотивший квант электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости. В результате появляется дополнительная пара носителей тока — электрон и дырка, что проявляется в увеличении электропроводности вещества. Если в веществе имеются примеси, под действием света электроны могут переходить из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

Рис. 65.1.

В первом случае возникает дырочная, во втором — электронная проводимость.

На внутреннем фотоэффекте основано действие фотосолротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. Поэтому фотосопротивления применяются для целей фотометрии. В видимой части спектра применяются фотосопротивления, изготовленные из сернистого кадмия Фотосопротивления из полупроводников и используются в качестве детекторов инфракрасного излучения.

В области -перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-э, д. с.). На рис. 65.1 показан ход потенциальной энергии электронов (сплошная кривая) и дырок (пунктирная кривая) в области -перехода. Неосновные для данной области носители (электроны в -области и дырки в -области), возникшие под действием света, беспрепятственно проходят через переход. В результате в -области накапливается избыточный положительный заряд, а в -области — избыточный отрицательный заряд. Это приводит к возникновению приложенного к переходу напряжения, которое и представляет собой фотоэлектродвижущую силу.

Если подключить кристалл с -переходом к внешней нагрузке, в ней будет течь фототок. При не очень больших освещенностях сила этого тока пропорциональна падающему на кристалл световому потоку. На этом основано действие фотоэлектрических фотометров, - в частности, применяемых в фотографии экспонометров. Несколько десятков соединенных последовательно кремниевых -переходов образуют солнечную батарею. Такие батареи применяются для питания радиоаппаратуры на космических ракетах и спутниках Земли.