• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com

Фотопроводимость

Свет управляет электрическим сопротивлением. Как мы только что установили, для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости необходима энергия. Оказывается, что источником этой энергии может быть не только тепловое движение электронов и ионов, но и освещение вещества. Для того чтобы разобраться в этом процессе, надо вспомнить, каковы современные представления о свете.

Долгие годы шли ожесточенные споры о том, что собой представляет свет — волны, распространяющиеся в загадочном эфире, или частицы — корпускулы, летящие с большой скоростью и при попадании на сетчатку наших глаз воспринимаемые нами как свет. Теперь между сторонниками волновой и корпускулярной теорий света уже давно заключен прочный мир. Загадка разрешилась очень просто, если не считать, что для этого должна была родиться новая наука — квантовая механика. Обе стороны оказались правы: свет — это электромагнитные волны, такие же, как радиоволны, только гораздо более короткие, и одновременно частицы, фотоны, в чем-то похожие на другие элементарные частицы, но в то же время обладающие неповторимыми свойствами. Так, например, неподвижный фотон не имеет массы.

Итак, своим примирением сторонники волновой и корпускулярной теорий света, как уже было сказало, обязаны квантовой механике, показавшей, что каждая из теорий — волновая или корпускулярная — в отдельности не дают полного представления о реальном процессе распространения света, что эти теории отнюдь не противоречивы и обе в одинаковой степени необходимы для познания природы света.

Нам, однако, здесь пора поставить точку, дальнейшее обсуждение природы света увело бы пас слишком далеко в сторону от разбираемых вопросов. Обратим внимание лишь на одну особенность света (как, впрочем, и любой другой электромагнитной волны) — его квантовую природу. Она проявляется в том, что свет переносит энергию лишь отдельными, строго отмеренными порциями, называемыми квантами. Каждый фотон света переносит один квант энергии, причем величина кванта зависит лишь от длины световой волны, т. е. от соответствующего волне цвета. Чем меньше частота, т. е. чем больше длина волны, тем меньше квант энергии. Так как по мере перехода от красного света по всем цветам радуги к фиолетовому длина световой волны уменьшается, то квант красного света меньше кванта зеленого и тем более синего света. Строгое соответствие между длиной световой волны и величиной соответствующих ей квантов как раз и является одним из проявлений единства волновой и корпускулярной природы света.

Среди цветов спектра видимого света длина волны красного цвета близка к максимальной (0,6 мкм), а кванты энергии соответственно самые маленькие. Оценка доказывает, что, несмотря на это, такой квант энергии примерно в два раза превосходит энергию, которая нужна электрону в германии для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Это значит, что если освещать кристалл германия светом, то можно ожидать следующий результат: фотоны, проникая в толщу кристалла и сталкиваясь с электронами, находящимися в валентной эоне, будут передавать им свою энергию. В результате электроны смогут оторваться от атомов и «перескочить» черев запрещенную зону в зону проводимости (рис. 22). Попав в зону проводимости, электроны могут свободно участвовать в переносе заряда, т. е. создавать электрический ток. Поэтому при освещении кристалла германия его электрическое сопротивление должно уменьшаться точно так же, как это происходит при нагревании полупроводника. Явление увеличения проводимости полупроводника при освещении его светом получило название фотопроводимости.


фотопроводимость, статьи для начинающих

Явление фотопроводимости используется для создания резисторов, сопротивление которых можно изменять, направляя на них луч света. Такие управляемые резисторы называются фоторезисторами. Здесь же нам осталось ответить еще только на один вопрос: какова судьба фотона, отдавшего свою энергию электрону? Этот фотон останавливается и перестает существовать, хотя мы и изобразили его лежащим после столкновения с электроном неподвижно на одной из ступенек валентной зоны.



Похожие записи

Первым прибором, на котором мы остановимся, будет терморезистор — прибор, изменяющий свою проводимость под действием нагревания или охлаждения.

читать далее

Итак, мы познакомились с электрическими свойствами полупроводников и двумя простыми полупроводниковыми приборами — терморезистором и фоторезистором. Обратим теперь внимание читателя на одну важную деталь...

читать далее

Обратите внимание на то, как подвешены провода высоковольтной линии электропередачи. Они висят высоко над землей на гирляндах из фарфоровых или стеклянных изоляторов...

читать далее