Если поток фотонов попадает на поверхность какого — нибудь металла, то часть фотонов отражается от поверх­ности, а оставшаяся часть іпоглощается металлом. По­глощенные фотоны будут отдавать свою энергию кри­сталлической решетке металла и свободным электронам, увеличивая амплитуду колебаний решетки и скорость

а — фотоэффект в металлах: кпант света с энергией б^р способен выбить электрон (фотоэлектрон) из зоны проводимости; б — фотоэффект в полупровод­никах: квант света с энергией Eg в состоянии перебросить электрон из запрещенной зоны в зону проводимости, т. е. создать электронно дырочную пару.

/—зона проводимости; 2—заполненная (валент­ная) зона; 3—запрещенная зо^а; черные кружки — электроны, белы» кружок—дырка.

хаотического движения свободных электронов. Если энергия фотона велика, то она может оказаться доста­точной, чтобы выбить электрон из металла, т. е. сооб­щить ему энергию, равную или большую, чем работа выхода ср (рис. 2,а). Это явление называется внешним фотоэффектом. Если же поглощенный фотон обладает
энергией, недостаточной, чтобы выбить электрон из ме­талла, его энергия пойдет із конечном счете ‘Целиком на нагрев металла.

Иную картину наблюдаем мы при воздействии пото­ка фотонов на полупроводник.

В отличие от металлов кристаллические полупровод­ники в чистом виде (без примесей), если на них не воз­действуют никакие внешние факторы (температура, элек­трическое поле, излучение света ‘И т. ‘П.), не имеют сво­бодных электронов, т. е. электронов, оторванных от ато­мов кристаллической решетки полупроводника. Однако, поскольку полупроводниковый материал всегда нахо­дится под воздействием какоїй-то температуры (чаще всего комнатной), небольшая часть электронов, связан­ных с атомами, может за счет тепловых колебаний при­обрести энергию, достаточную для отрыва их от атомов. Такие электровьи становятся свободными и могут при­нимать участие в переносе электричества

Атом полупроводника, лишившийся электрона, при­обретает положительный заряд, равный заряду электро­на. Однако место в атоме, не занятое электроном, может быть занято электроном соседнего атома. При этом пер­вый атом становится нейтральным, а соседний—поло­жительно заряженным.

Освободившееся в связи с образованием свободного электрона место в атоме равноценно положительно за­ряженной частице, названной дыркой. Дырки тоже мо­гут участвовать в процессе прохождения электрического тока.

Энергия, которой обладают электроны в связанном с атомами состоянии, обусловливает нахождение их в пределах так называемой заполненной энергетической зоны или зоны валентных связей (зона 2 на рис. 2,6). Энергия свободного электрона относительно велика, по­этому он находится в более высокой энергетической зо­не— зоне проводимости (зона 1 на рис. 2,6). Между заполненной зоной и зоной проводимости имеется зона запрещенных энергий (зона 3 на рис. 2,6), т. е. зона та­ких значений энергий, которые электроны данного полу­проводникового материала не могут иметь ни в связан­ном, ни в свободном состоянии. Ширина этой запрещенной зоны у разных полупроводников различна. Например, для германия она равна 0,7 эв (‘электроновольт) [1], а для кремния — 1,12 эв.

Дырми находятся в заполненной зоне, таїк как их образование возможно только в атомах кристаллической решетки полупроводника.

Количество свободных электронно-дырочных пар мо­жет резко возрасти при освещении ‘поверхности полупро­водника. Это объясняется тем, что энергия некоторых фотонов оказывается достаточной для отрыва электро­нов от атомов и переброски их из заполненной зоны в зону проводимости. Это явление называется внутрен­ним фотоэффектом.

Условием осуществления внутреннего фотоэффекта является соотношение

где Е —ширина запрещенной зоны.

Увеличение концентрации электронов и дырок при­водит к возрастанию проводимости полупроводникового материала. Возникающая под действием внешних фак­торов проводимость тока в чистом монокристаллическом полупроводнике называется собственной проводимостью, так как она обусловлена только возбужденным состоя­нием атомов самого полупроводника. С исчезновением внешних воздействий свободные электроннс-дырочные шары исчезают (рекомбинируют друг с другом) и соб­ственная проводимость стремится К Н’уЛЮ.

Существует также явление внешнего фотоэффекта с полупроводника. Но оно носит более сложный харак­тер, чем в случае металла.

Для создания в полупроводнике внешнего фотоэф­фекта необходимо, чтобы энергия поглощенного кванта была достаточной для выброса электрона из заполнен­ной зоны, и удаления его из (полупроводника.

Таким образом, внешний фотоэффект с іполупровод ников происходит под воздействием излучения с часто­той, значительно большей, чем частота света, при кото­

рой наблюдается внутренний фотоэффект. Доля такого высокочастотного излучения в общем падающем сол­нечном излучении относительно невелика, поэтому внеш­ние фототоки с обычных полупроводников малы.

Преобразование света в электрическую энергию свя­зано только с внутренним фотоэффектом.