| 8695912 9216 5224 943 1ор, в к-ром в результате поглощения энергии падающего на него оптич. излучения генерируется эдс (фотоэдс) или электрич. ток (фототок). Действие Ф. основывается на фотоэлектронной эмиссии пли фотоэффекте внутреннем.
Ф., действие к-рого осн. на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами - фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещёнными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Ф. в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Ф. в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевыми кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.
Ф., действие к-рого осн. на внутреннем фотоэффекте,- полупроводниковый прибор с гомогенным электроннодырочным переходом (р - n-переходом) (рис., б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптич. излучения в таких Ф. приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрич. поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (напр., в Ф. с р - п-переходом электроны накапливаются в я-области, а дырки - в р-области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Ф. через нагрузку начинает протекать электрич. ток. Материалами, из к-рых выполняют полупроводниковые Ф., служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.
Ф. обычно служат приёмниками излучения или приёмниками света (полупроводниковые Ф. в этом случае нередко отождествляют с фотодиодами); полупроводниковые Ф. используют также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрич. энергию - в солнечных батареях, фотоэлектрических генераторах.
Основные параметры и характеристики Ф. 1) Интегральная чувствительность (ИЧ)- отношение фототока к вызывающему его световому потоку при номинальном анодном напряжении (у вакуумных Ф.) или при короткозамкнутых выводах (у полупроводниковых Ф.). Для определения ИЧ используют, как правило, эталонные источники света (напр., лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой темп-ры нити, обычно равным 2840 К). Так, у вакуумных Ф. (с сурьмяно-цезиевым катодом) ИЧ составляет ок. 150 мка/лм, у селеновых - 600 - 700 мка/лм, у германиевых - 3 • 104 мка/лм. 2) Спектральная чувствительность - величина, определяющая диапазон значений длин волн оптич. излучения, в к-ром практически возможно использовать данный Ф. Так, у вакуумных Ф. с сурьмяно-цезиевым катодом этот диапазон составляет 0,2-0,7 мкм, у кремниевых -0,4- 1,1 мкм, у германиевых - 0,5-2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика - зависимость фототока от напряжения на Ф. при постоянном значении светового потока; позволяет определить оптимальный рабочий режим Ф. Напр., у вакуумных Ф. рабочий режим выбирается в области насыщения (область, в к-рой фототок практически не меняется с ростом напряжения). Значения фототока (вырабатываемого, напр., кремниевым Ф., освещаемым лампой накаливания) могут при оптимальной нагрузке достигать (в расчёте на 1 см2 освещаемой поверхности) неск. десятков ма (для кремниевых Ф., освещаемых лампой накаливания), а фотоэдс - нескольких сотен мв. 4) Кпд, или коэфф. преобразования солнечного излучения (для полупроводниковых Ф., используемых в качестве преобразователей энергии),- отношение электрич. мощности, развиваемой Ф. в номинальной нагрузке к падающей световой мощности. У лучших образцов Ф. кпд достигает 15-18% .
Ф. используют в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерит. технике, метрологии, при оптич., астрофизич., космич. исследованиях, в кино- и фототехнике, факсимильной связи и т. д.; перспективно использование полупроводниковых Ф. в системах энергоснабжения космич. аппаратов, мор. и речной навигац. аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.
Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи, М., 1971. М. М. Колтун.
ФОТОЭФФЕКТ, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов). Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем. Первые фундаментальные исследования Ф. выполнены А. Г. Столетовым (1888). Он установил, что в возникновении фототока в цепи, содержащей металлич. электроды и источник напряжения, существенную роль играет освещение отрицательного электрода и что сила фототока пропорциональна интенсивности света. Ф. Ленард (1899) доказал, что при освещении металлов из них испускаются электроны. Первое теоретич. объяснение законов Ф. дал А. Эйнштейн (1905). В дальнейшем теория Ф. была развита в наиболее последовательном виде И. Е. Таммом и С. П. Шубиным (1931). Большой вклад в экспериментальное исследование Ф. внесли работы А. Ф. Иоффе (1907), П. И. Лукирского и С. С. Прилежаева (1928).
Ф.- квантовое явление, его открытие и исследование сыграли важную роль в экспериментальном обосновании квантовой теории: только на её основе оказалось возможным объяснение закономерностей Ф. Свободный электрон не может поглотить фотон, т. к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса. Ф. из атома, молекулы или конденсированной среды возможен из-за связи электрона с окружением. Эта связь характеризуется в атоме энергией ионизации, в конденсированной среде - работой выхода. Закон сохранения энергии при Ф. выражается соотношением Эйнштейна:
Ф. может наблюдаться в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).
Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К - фотокатод; А - анод; Ф - световой поток; n и р - области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е - источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; Rн - нагрузка; пунктирной линией обозначен р - n-переход.
Первичным актом здесь является поглощение фотона атомом и ионизация с испусканием электрона. С высокой степенью точности можно считать, что вся энергия фотона за вычетом энергии ионизации передаётся испускаемому электрону. В конденсированных средах механизм поглощения фотонов зависит от их энергии. При hw, равных или не очень сильно (в десятки и сотни раз) превышающих работу выхода, излучение поглощается электронами проводимости (в металлах) или валентными электронами (в полупроводниках и диэлектриках), коллективизированными в твёрдом теле. В результате может наблюдаться фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) с граничной энергией фотонов, равной работе выхода, или фотоэффект внутренний (фотопроводимость и др. фотоэлектрические явления) с граничной энергией фотонов, равной ширине запрещённой зоны.
При энергиях фотонов hw, во много раз превышающих энергию межатомных связей в конденсированной среде (гамма-излучение), фотоэлектроны могут вырываться из "глубоких" оболочек атома. Влияние среды на первичный акт Ф. в этом случае пренебрежимо мало по сравнению с энергией связи электрона в атоме и Ф. происходит так же, как на изолированных атомах. Эффективное сечение Ф. cф сначала растёт с со, а затем, когда hw становится больше энергии связи электронов самых глубоких оболочек атома, уменьшается. Такая зависимость cф от со качественно объясняется тем, что чем больше hw по сравнению с ei, тем пренебрежимее связь электрона с атомом, а для свободного электрона Ф. невозможен. Вследствие того, что электроны К-оболочки наиболее сильно связаны в атоме и эта связь возрастает с атомным номером Z, cф имеет наибольшее значение для К-электронов и быстро увеличивается при переходе к тяжёлым элементам (~Z5). При hw порядка атомных энергий связи Ф. является преобладающим механизмом поглощения гамма-излучения атомами, при более высоких энергиях фотонов его роль становится менее существенной по сравнению с др. механизмами: Комптона эффектом, рождением электронно-позитронных пар. Ядерным Ф. наз. поглощение у-кванта атомным ядром, сопровождающееся его перестройкой (см. Фотоядерные реакции).
Ф. широко используется в исследованиях строения вещества - атомов, атомных ядер, твёрдых тел (см. Фотоэлектрические явления), а также в фотоэлектронных приборах.
Лит.: Hertz Н., Ubеr einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Ent-ladung, "Annalen der Physik und Chemie", 1887, Bd 31; Столетов А. Г., Избр. соч., М. -Л., 1950; Эйнштейн А., Собр. на-учн. тр., т. 3, М., 1966; Тamm I g.. Sсhubin S., Zur Theorie des Photoeffektes an Metallen, "Zeitschrift fur Physik", 1931, Bd 68; Лукирский П. И., О фотоэффекте, Л. -М., 1933; Стародубцев С. В., Романов А. М., Взаимодействие гамма-излучения с веществом, ч. 1, Таш., 1964. Т. М. Лифшиц.
2807.htm
ФРЕДГОЛЬМА УРАВНЕНИЕ, интегральные уравнения вида:
[2807-1.jpg]
(Ф. у. 2-го рода), где К (х, s)- заданная непрерывная функция от х и s, называемая ядром уравнения, f(x)- заданная функция, (р(х)- и |
