Короткі теоретичні відомості

Вентильний фотоелемент (фотоелемент із запираючим шаром) становить основу люксметра - приладу для вимі­рювання освітленості. Розглянемо принцип його дії. Як відомо, у місці контакту напівпровідників ви

никає область завтовшки 0.1 мкм. Для цієї області характерними є мала концентрація носіїв заряду (вільних електронів і дірок) та наявність контактної різниці потенціалів (рис. 9.35). При освітленні та прилеглих до нього областей у напівпровідниках відбува­ється явище внутрішнього фотоефекту, тобто утворюють­ся пари дірка-електрон. Якщо народження такої пари від­бувається поряд з областю р-п переходу, то і електрон, і дір­ка можуть уникнути рекомбінації на шляху до Під дією електричного поля р-п переходу заряди, що утво­рились, розділяються. Так, наприклад, дірка, що утворилася під дією світла в області напівпровідника і досягла області переходу, буде втягнута електричним полем , переходу в область напівпровідника p-типу, в той час як електрон залишається в області напівпровідника n-типу. Таким чином, розділення зарядів, що утворилися, відбувається внаслідок односторонньої ("вентильної ") про­відності р-п переходу для неосновних носіїв (дірок - для

напівпровідників n-типу та електронів - для напівпровідни­ків p-ТИПу).

У результаті розділення зарядів між напівпровідниками та -типів виникає електрорушійна сила, її величина досягає і визначається кількістю електроннодіркових пар, що утворилися в результаті внутрішнього фотоефекту. Кількість цих пар, в свою чергу, пропорційна кількості фотонів, що падають на фотоелемент, тобто освітленості фотоелемента.

Рис. 7.14. Розділення зарядів, що утворилися під дією світла, у вентильному фотоелементі.

Рис. 7.15.Схема селенового фотоелемента із запираючим шаром.

Вентильні фотоелементи виготовляють на основі селе­на, германія, кремнія, сірчастого срібла. У цій лабораторній роботі ми маємо справу з селеновим фотоелементом (рис. 7.15). На поліровану залізну пластинку, яка є одним з електродів фотоелемента, наносять шар селена з провідністю (основні носії - дірки). Зверху на шар селена напиляють тонкий, прозорий для світлових променів шар срібла, котрий виконує роль другого електрода. За рахунок дифузії атомів срібла в шар селена останній набуває провідності и-типу (основні носії - електрони). Між чистим селеном та селеном з домішками срібла виникає область р-п переходу. Світло легко проходить крізь прозору плівку і викликає явище внутрішнього фотоефекту в шарі селена (в основному в шарі селена типу). В результаті розділення зарядів - електронів та дірок - електричним полем р-п переходу виникає електрорушійна сила, при цьому залізна пластинка має додатний заряд. Якщо плівку срібла з'єднати з залізною пластинкою провідником, підключивши в коло гальванометр, то останній покаже присутність електричного струму, що тече в зовнішньому колі від заліза до верхнього електрода

Таким чином, вентильний фотоелемент поводить себе при освітленні як генератор ЕРС, причому величина фото­струму виявляється пропорційною до величини світло­вого потоку Ф, який падає на активну поверхню фотоеле­мента: " " Коефіцієнт пропорційності k називається інтегральною чутливістю. Він чисельно дорівнює силі струму в колі фотоелемента, який виникає за умови освітлення активної поверхні світловим потоком в 1 люмен:

Чутливість селенових фотоелементів досить значна і може досягти 500 мкА/лм.

Якщо активна поверхня фотоелемента освітлюється потоком світла Ф, то

де - освітленість поверхні фотоелемента. Отже, маємо

Оскільки інтегральна чутливість фотоелемента k та його активна поверхня S - величини сталі, то величина фотостру­му і_ф виявляється пропорційною до освітленості Е. Освітле­ність фотоелемента у випадку точкового джерела світла (коли відстань між лампою та фотоелементом значно біль­ша за розміри нитки розжарювання лампи) розраховується за формулою:

де - відстань між джерелом світла та поверхнею фото­елемента, а - сила світла джерела (значення вказане на приладі).