Практичне застосування фотоефекту. Фотоелементи

Фотоефект широко застосовується в науці і техніці для реєстрації і зміни світлових потоків, для перетворення енергії світла на енергію електричного поля. Використання фотоефекту дало змогу створити звукове кіно й телебачення, уможливило бачення в темряві. Використовують фотоелементи із зовнішнім фотоефектом, в яких світлова енергія, що падає на поверхню катода, перетворюється на енергію електричного струму. Електричний опір напівпровідників зменшується під час опромінювання, цю властивість використовують у фотоопорах. Виникнення електро-рушійної сили (ЕРС) під час опромінювання області контакту двох різних напівпровідників використовують у фотодіодах для безпосереднього перетворення світлової енергії на електричну. Фотоелектронні помножувачі, які посилюють у багато разів початковий фотострум, дають змогу реєструвати випромінювання дуже малої інтенсивності – навіть в один квант.

Фотоелемент − це пристрій, в якому світлова енергія перетворюється в електричну.

Типи фотоелементів:

· із зовнішнім фотоефектом (вакуумні та газонаповнені),

· із внутрішнім фотоефектом (фотоопори),

· вентильні фотоелементи.

Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом

Вони використовуються у звуковому кіно, різних системах автоматики та телемеханіки, телебаченні. Проте незначна величина фотоструму у фотоелементах із зовнішнім фотоефектом потребує підсилення. Дуже ефективним підсилювачем фотоструму є так званий фотопомножувач Кубецького. Вчений для підсилення фотоструму використав явище вторинної електронної емісії на серії послідовно розміщених електродів-емітерів (рис. 1.11). Кожен електрон, що вибивається світлом з катода, прискорюється і при попаданні на перший емітер вибиває з нього кілька електронів, які знову прискорюються і, попадаючи на наступний емітер, знову збільшують загальний потік електронів і т.д.

Фотоелементи із внутрішнім фотоефектом (фотоопори) – прилади, дія яких ґрунтується на зміні опору напівпровідника під дією світла. У цьому разі електрони не вириваються з речовини, а лише переходять із заповненої зони в зону провідності, збільшуючи електропровідність напівпровідника. Електропровідність, що виникає під дією світла, називається фотопровідністю.

Виготовляють фото опори, або з чистих напівпровідників, або з напівпровідників з домішками. Фотоопори, як і інші фотоелементи, характеризуються селективним сприйманням світла, тобто в них світло однакової інтенсивності, але різної довжини хвилі зумовлює неоднакові струми.

Будову фотоопорів показано на рис. 1.12. На ізолюючу підкладку 1 наносять напівпровідникову речовину 2; на кінцях її (речовини 2) випаровуванням у вакуумі напилюють металеві електроди 3. Ці електроди забезпечують надійний електричний контакт з напівпровідником. Для захисту від шкідливого впливу навколишнього повітря фоточутливу поверхню фотоопору покривають прозорою плівкою лаку.

Особливістю фотоопорів є відсутність полярності (однаково проводять струм в обох напрямах), вони мають високу чутливість (в 10⁵ більшу, ніж фотоелементи із зовнішнім фотоефектом), строк їх служби практично необмежений. Використовуються найчастіше при виготовленні фотореле.

Вентильні фотоелементи – це прилади, в яких ЕРС виникає під дією світла. Будуються на властивостях p - n переходу; під дією світла електрони проходять через запірний шар, і на межі двох напівпровідників із різним типом провідності виникає ЕРС.

Розглянемо технологію виготовлення вентильних фотоелементів (рис. 1.13). Спочатку з металевої пластинки, товщиною 1-2 мм, штампують круглий диск 6 − підкладку. На неї наносять шар напівпровідника 5 випаровуванням у вакуумі (0,1 мм завтовшки), після чого цю основну частину фотоелемента піддають термічній обробці. Мета цієї обробки − утворити p-n перехід. Якщо p-n перехід утворюється біля підкладки, то при нанесенні на напівпровідник верхнього електрода беруть метал, на межі з яким запірний шар не утворюється. Можна матеріали для підкладки 6 і верхнього електрода 2 вибрати такі, що запірний шар 4 буде утворюватися біля верхнього металевого електрода. Верхній електрод роблять напівпрозорим (способом випаровування або катодного розпилення), щоб крізь нього в напівпровідник проходило світло. Зовнішню поверхню елемента покривають лаком з метою захисту його від дії повітря і вологи. Весь фотоелемент кріпиться в пластмасовому корпусі 1.

Вентильні фотоелементи мають велике майбутнє як один із засобів безпосереднього перетворення світлової енергії в електричну. Вони використовуються у штучних супутниках і космічних кораблях як джерела живлення радіоапаратури, у вимірювальній техніці, автоматиці тощо.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Квантова теорія фотоефекту	\|	Тиск світла

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.