Фотоэлектрические явления

Определение "Фотоэлектрические явления" в Большой Советской Энциклопедии

Фотоэлектрические явления, электрические явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отдельными порциями – квантами (фотонами), равными ( – Планка постоянная, w– частота излучения). Фотоэлектрические явления 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 Фотоэлектрические явления Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости 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 с неоднородным распределением примесей, в частности в области электронно-дырочного перехода, 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). Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см. Подвижность носителей тока).

  Если достаточно 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 Фотоэлектрические явления, обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином фотоэффект внутренний.

  Следует отличать Фотоэлектрические явления от электрических явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Фотоэлектрические явления 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 Фотоэлектрические явления Затем избыточная энергия электронов рассеивается (например, передаётся кристаллической решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой температуре. Фотоэлектрические явления исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внешним признакам аналогичные Фотоэлектрические явления: 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 Фотоэлектрические явления возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, которая необходима для наблюдения термоэлектрических явлений. Инерционность Фотоэлектрические явления 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 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.