เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของชั้นกั้น

พิจารณาฟิสิกส์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของชั้นสิ่งกีดขวาง (การปิดกั้น) (เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว) วิเคราะห์กลไกการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายใต้การกระทำของแสงโดยใช้ตัวอย่างของ cuprous ออกไซด์

ในส่วนการนำแสง แสดงให้เห็นว่าภายใต้การกระทำของแสงที่ถูกดูดกลืน อิเล็กตรอนสามารถผ่านจากแถบที่เต็มไปด้วยแสงไปยังแถบอิสระได้ ซึ่งทำให้เกิดสภาพการนำไฟฟ้าด้วยแสง ในกรณีนี้ สารกึ่งตัวนำจะมีการนำไฟฟ้าเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายในเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามยังเป็นที่รู้จักอีกปรากฏการณ์หนึ่ง - การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการส่องสว่างของเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเช่น หากเซมิคอนดักเตอร์ได้รับแสงสว่างที่ไม่สม่ำเสมอเพื่อให้บางส่วนของตัวอย่างได้รับแสงสว่างที่แรงกว่ามาก ในขณะที่ส่วนอื่นๆ จะสว่างน้อยกว่ามาก ในบางกรณีก็สามารถตรวจจับความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพื้นที่สว่างและบริเวณที่มืดได้ ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในช่วงเวลาของการส่องสว่าง อิเล็กตรอนเริ่มกระจายจากบริเวณที่ส่องสว่างไปยังบริเวณที่มืดในจำนวนที่มากกว่าในทิศทางตรงกันข้าม การแพร่กระจายพิเศษดังกล่าวนำไปสู่ความจริงที่ว่าบริเวณที่มืดในกรณีของกลไกการนำไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์จะค่อยๆ มีประจุเป็นลบ และพื้นที่ที่สว่างจะมีประจุเป็นบวก เป็นผลให้สนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยเกิดขึ้นภายในเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งท้ายที่สุดจะสร้างสถานะสมดุลโดยมีความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนไหลในทั้งสองทิศทางเท่ากัน เมื่อเกิดความสมดุล จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างส่วนที่สว่างและส่วนที่มืดของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งบางครั้งอาจสูงถึง 0.2 V

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดของผลกระทบของแสงบนเซมิคอนดักเตอร์คือการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของชั้นกั้น

ออกซิไดซ์แผ่นทองแดง ทำให้เกิดชั้นของคิวรัสออกไซด์ Cu 2 0 ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำแบบคลาสสิก ทาโลหะบางๆ เช่น เงิน บนพื้นผิวของคิวรัสออกไซด์ เป็นที่ทราบกันว่าชั้นโลหะบางมากนั้นโปร่งแสง จากนั้นเราจะสร้างวงจรไฟฟ้าอย่างง่าย เราจะนำลวดจากแคลวาโนมิเตอร์ตัวหนึ่งมาสู่อิเล็กโทรดเงินโปร่งแสง โดยแคลมป์ตัวที่สองจะเชื่อมต่อกับแผ่นทองแดง วงจรนี้มีลักษณะเฉพาะคือไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสอยู่ในนั้น หากกระแสคำแนะนำถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดเงินโปร่งแสงด้านบน เข็มกัลวาโนมิเตอร์จะไปทางด้านขวาของตำแหน่งศูนย์ เนื่องจากกระแสจะไหลในวงจร ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการมีอยู่ของชั้นกั้นในระบบเซมิคอนดักเตอร์โลหะ

ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ภายใต้การกระทำของแสง อิเล็กตรอนจะผ่านจากคิวรัสออกไซด์ผ่านชั้นกั้นไปยังทองแดง ดังนั้นแผ่นทองแดงจึงมีประจุลบ และอิเล็กโทรดโปร่งแสงก็มีประจุบวก ดังนั้นการฉายรังสีพื้นผิวคอปเปอร์ออกไซด์ด้วยแสงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าปรากฏในวงจร ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้พบได้ในเซมิคอนดักเตอร์อื่น ผลกระทบนี้เด่นชัดเป็นพิเศษในระบบที่มีสารกึ่งตัวนำ เช่น แทลเลียมซัลไฟด์ ซิลเวอร์ซัลไฟด์ ซีลีเนียม เจอร์เมเนียม ซิลิคอน และแคดเมียมซัลไฟด์

ปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าภายใต้การกระทำของแสงในระบบที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และ "รู" ชั้นกั้นและอิเล็กโทรดโลหะเรียกว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของชั้นกั้นหรือเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว

ลักษณะของโฟโตอิเล็กทริคของวาล์วมีลักษณะอย่างไร? กลไกของปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยหลายขั้นตอน ขั้นแรกคือแสงที่ถูกดูดกลืนจะปล่อยอิเล็กตรอนและรูในเซมิคอนดักเตอร์ไปพร้อมๆ กัน ก่อให้เกิดคู่ที่เรียกว่า "รูอิเล็กตรอน" การปล่อยคู่จะลดลงเนื่องจากอิเล็กตรอนจากโซนเต็มจะถูกถ่ายโอนไปยังโซนอิสระ จึงกลายเป็นอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้า ในขณะที่รูยังคงอยู่ในโซนเต็มและยังได้รับโอกาสในการมีส่วนร่วมในการนำไฟฟ้าอีกด้วย

หากแสงถูกดูดซับไว้ในเซมิคอนดักเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งโดยไม่ได้สัมผัสกับเซมิคอนดักเตอร์ตัวอื่น คู่ที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแสงจะยิ่งเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ที่กำหนดเท่านั้น และนั่นจะเป็นจุดสิ้นสุดของสิ่งทั้งหมด ค่อนข้างแตกต่างเกิดขึ้นในระบบที่เรากำลังพิจารณาซึ่งประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ (แสดงด้วยตัวอักษร n) และค่าการนำไฟฟ้าของรู (แสดงด้วยตัวอักษร p) ชั้นกั้นถูกปิดอยู่ระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสอง การสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ p และ n ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าสัมผัสระหว่างกัน และถ้าฟังก์ชันการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์ "รู" มากกว่าฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจำเป็นสำหรับเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่มีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน สนามไฟฟ้าสัมผัสนี้จะถูกส่งโดยตรงจากเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไปยัง "รู" หนึ่ง. จะเกิดอะไรขึ้นกับคู่รักในกรณีนี้? เห็นได้ชัดว่าพาหะปัจจุบันของชนกลุ่มน้อย "ปลดปล่อย" ด้วยแสง เช่น อิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์แบบรูหรือรูในแบบอิเล็กทรอนิกส์ภายใต้การกระทำของสนามนี้จะผ่านชั้นปิดกั้นจากเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง เมื่อพาหะกระแสไฟส่วนน้อยส่งผ่านจากเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง การสะสมของพวกมันในส่วนหนึ่งของระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งพาหะปัจจุบันส่วนใหญ่จะสะสม ดังนั้นคู่ที่เกิดจากแสงจะเริ่มแยกจากกัน: อิเล็กตรอนจะมีสมาธิในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และรู - ในรูหนึ่ง การสะสมนี้ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนดเพราะควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของรูในเซมิคอนดักเตอร์ "รู" และอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยพวกมันจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของพาหะส่วนน้อยจากเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งผ่าน ชั้นกั้นไปยังเซมิคอนดักเตอร์อื่น ในเวลาเดียวกัน เมื่อฟิลด์นี้เพิ่มขึ้น ฟลักซ์ย้อนกลับของโฟโตแคริเออร์ส่วนน้อยก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ในท้ายที่สุด ความสมดุลแบบไดนามิกจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนผู้ให้บริการรายย่อยที่เคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาผ่านชั้นปิดกั้นจะเท่ากับจำนวนผู้ให้บริการรายเดียวกันที่เคลื่อนที่ในช่วงเวลาเดียวกันในทิศทางตรงกันข้าม ในขณะนี้ ความต่างศักย์ขั้นสุดท้ายจะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดด้านบนและด้านล่าง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะแสดงถึงแรงโฟโตอิเล็กโทรโมทีฟ

เมื่อพูดถึงการสร้างสมดุลแบบไดนามิกนั้น ควรระลึกไว้เสมอว่าจำนวนโฟโตแคริเออร์ส่วนน้อย N ที่เคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาจากเซมิคอนดักเตอร์ที่ส่องสว่างผ่านชั้นปิดกั้นไปยังเซมิคอนดักเตอร์อื่นนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มของฟลักซ์แสง เมื่อความเข้มของฟลักซ์แสงเพิ่มขึ้นค่าตัวเลขของ N จะเพิ่มขึ้น ขั้นแรกการเพิ่มขึ้นนี้เป็นไปตามกฎเชิงเส้นจากนั้นการเพิ่มขึ้นของ N จะเริ่มล่าช้ามากขึ้นเรื่อย ๆ ตามหลังการเพิ่มขึ้นของความเข้มของฟลักซ์แสงจนกระทั่ง ความอิ่มตัวสมบูรณ์เกิดขึ้น ตามการเปลี่ยนแปลงของ N ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์การส่องสว่าง ขนาดของแรงโฟโตอิเล็กโตรโมทีฟก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ซึ่งท้ายที่สุดแล้วถือเป็นความสนใจหลักในปรากฏการณ์นี้

ในแง่ทั่วไปที่สุดคือกลไกของการเกิดขึ้นของแรงโฟโตอิเล็กโตรโมทีฟในระบบที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ p และ n และชั้นกั้นที่อยู่ระหว่างพวกมัน

โฟโตอิเล็กทริคเอฟเฟกต์ของวาล์วจะทำงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวการแพร่กระจายมากของตัวพากระแสไฟ "ส่วนน้อย" และด้วยเหตุนี้จึงมีอายุการใช้งานยาวนาน

จากการพิจารณากลไกการเกิดแรงโฟโตอิเล็กโทรโมทีฟของวาล์ว จะเห็นได้ว่าอิเล็กโทรดที่สัมผัสโดยตรงกับเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์จะมีประจุเป็นลบเสมอ ในขณะที่อิเล็กโทรดที่สัมผัสโดยตรงกับเซมิคอนดักเตอร์แบบรูจะมีประจุบวก ดังนั้นสำหรับตาแมววาล์วประเภทต่างๆ อิเล็กโทรดโปร่งแสงด้านบนสามารถรับทั้งประจุบวกและประจุลบ

การค้นพบเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของชั้นกั้นช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ในทางปฏิบัติและสร้างพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์โฟโตเซลล์วาล์ว - อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรังสีโดยตรงและโดยตรงเป็นพลังงานไฟฟ้า

น.ส.โซมินสกี้. เซมิคอนดักเตอร์ (ผลกระทบจากโฟโตอิเล็กทริกของชั้นกั้น)

ห้องทดลอง #58

เป้าหมายของงาน:

1. ทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว

2. ตรวจสอบลักษณะของตาแมววาล์ว

การแนะนำทางทฤษฎี

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์วประกอบด้วยการเกิดโฟโต-EMF ในหน้าสัมผัสการแก้ไขเมื่อมีแสงสว่าง โฟโตอิเล็กทริคของวาล์วสังเกตพบใน เขตการเปลี่ยนแปลง

ในบริเวณส่วนต่อประสานสารกึ่งตัวนำ ร-ประเภทและ n-type ชั้นกั้นที่เรียกว่าถูกสร้างขึ้นโดยหมดพาหะประจุหลัก - อิเล็กตรอนจากด้านข้างของเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และรู - จากด้านข้างของเซมิคอนดักเตอร์ของรู ไอออนของผู้บริจาคและผู้รับสิ่งเจือปนในชั้นนี้ ตามลำดับ จะสร้างประจุในช่องว่างที่เป็นบวก n- พื้นที่และลบ - เข้า ร- พื้นที่ ระหว่าง ร- และ n- พื้นที่ที่มีความต่างศักย์สัมผัสที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของผู้ให้บริการหลัก

เมื่อได้รับแสงสว่าง เขตการเปลี่ยนแปลง เช่น จาก ร- บริเวณที่มีแสง ซึ่งมีพลังงานควอนตัมเพียงพอสำหรับการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนใกล้ขอบเขต เขตการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอนและโฟโตโฮลเกิดขึ้น (เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายใน) ก่อตัวขึ้นใน ร- ภูมิภาคผู้ให้บริการมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและเคลื่อนที่ไปในทิศทางต่าง ๆ รวมถึงไปทางด้วย เขตการเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีความต่างศักย์หน้าสัมผัส รูจึงไม่ผ่านเข้าไป n-ภูมิภาค. ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนจะถูกสนามไฟฟ้าลากเข้าไป n-พื้นที่ (รูปที่ 1)

หากวงจรตาแมวเปิดอยู่ ( Rn = ∞, โหมดไม่ได้ใช้งาน) จากนั้นจึงเกิดการสะสมของโฟโตอิเล็กตรอนใน n- ภูมิภาคและโฟโต้โฮลใน ร-ภูมิภาคนำไปสู่การปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเพิ่มเติมระหว่างอิเล็กโทรดของตาแมว ความต่างศักย์นี้เรียกว่า photo-EMF ( คุณ fxx). การสะสมของพาหะที่ไม่สมดุลในภูมิภาคที่เกี่ยวข้องไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด เนื่องจากในเวลาเดียวกัน ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะลดลงตามปริมาณของแรงเคลื่อนไฟฟ้าภาพถ่ายที่เกิดขึ้น ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นลดลงหรือความแรงของสนามไฟฟ้าที่ลดลงส่งผลให้คุณสมบัติ "การแยก" แย่ลง พีเอ็นการเปลี่ยนแปลง

หากคุณลัดวงจรขั้วไฟฟ้าของตาแมว ( ร n = 0) จากนั้นพาหะประจุที่เกิดจากแสงจะหมุนเวียนในวงจรตาแมว ทำให้เกิดกระแสโฟโตปัจจุบันลัดวงจร ฉัน f kzค่าของ photo-emf ของการไม่ทำงาน คุณ fxxและความแรงของกระแสไฟลัดวงจร ฉัน f kzถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของพาหะประจุที่เกิดจากแสง ซึ่งในทางกลับกันก็ขึ้นอยู่กับการส่องสว่างของตาแมว อี.

การพึ่งพาโฟโตปัจจุบัน ฉัน f kzและภาพถ่าย-EMF คุณ fxxจากการส่องสว่างของตาแมว อี(หรือจากฟลักซ์แสง Ф = E∙S, ที่ไหน ส- พื้นที่ผิวรับของตาแมว) เรียกว่า ลักษณะแสงของตาแมว (รูปที่ 2)

จากสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้น โฟโต้เซลล์ของวาล์วช่วยให้สามารถแปลงพลังงานรังสีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง เพื่อใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้รับ จำเป็นต้องรวมความต้านทานโหลดไว้ในวงจรตาแมวด้วย ร.พลังที่เป็นประโยชน์จะถูกปล่อยออกมาจากการต่อต้านนี้

P = ฉัน∙U = ฉัน 2 ∙ร n,(1)

ที่ไหน ฉัน- ความแรงของกระแสในวงจรตาแมว ( ฉัน< I ф кз ), ก,

ยู- แรงดันไฟฟ้าที่หน้าสัมผัสของตาแมว ( ยู< U ф хх ), ใน.

ความแรงในปัจจุบัน ฉัน, แรงดันไฟฟ้า ยูและด้วยเหตุนี้จึงมีพลัง ปที่มีการส่องสว่างคงที่จะถูกกำหนดโดยค่าของความต้านทานโหลด ร.โดยการเปลี่ยนแนวต้าน รจาก ∞ ถึง 0 คุณสามารถรับการพึ่งพาได้ คุณ(ฉัน)ซึ่งเรียกว่าลักษณะโหลดของตาแมววาล์ว (รูปที่ 3)

แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงที่ขั้วของตาแมวเมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้นเกิดจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าที่ความต้านทานภายในของตาแมว ในโหมดลัดวงจรเมื่อใด รมีค่าเท่ากับศูนย์ ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่พัฒนาโดยตาแมว คุณ fxxลดลงจากความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตาแมวก็เป็นศูนย์เช่นกัน

ในทางปฏิบัติ ความต้านทานโหลดจะถูกเลือกในลักษณะที่พลังงานที่จัดสรรไว้สูงสุด ในเวลาเดียวกัน ค่าสูงสุด (สำหรับการส่องสว่างที่กำหนด) จะขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของตาแมววาล์ว ซึ่งถูกกำหนดโดยอัตราส่วน

η = P∙Ψ / Ф = P∙Ψ / (อี∙ส)(2)

โดยที่ Ψ คือสิ่งที่เรียกว่าเอาท์พุตแสง ซึ่งสำหรับความยาวคลื่น λ \u003d 535 nm เท่ากับ 628 lm / W.

ตาแมววาล์วทำจากซีลีเนียม ซิลิคอน เจอร์เมเนียม ซิลเวอร์ซัลไฟด์ และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติ เทคโนโลยีการวัด กลไกการคำนวณ และอุปกรณ์อื่นๆ ตัวอย่างเช่น โฟโตเซลล์ซีลีเนียมซึ่งมีความไวสเปกตรัมใกล้เคียงกับความไวสเปกตรัมของดวงตามนุษย์ ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์วัดแสง (เครื่องวัดแสง โฟโตมิเตอร์ ฯลฯ)

ตาแมวซิลิคอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์ซิลิคอนคือ data 12% เซลล์แสงอาทิตย์จำนวนมากเชื่อมต่อถึงกันเป็นแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์สูงถึงสิบโวลต์และพลังงาน - สิบกิโลวัตต์ แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับยานอวกาศ

คำอธิบายการติดตั้ง

ตาแมววาล์วซิลิคอนเป็นแผ่นซิลิกอนที่ตัดจากผลึกเดี่ยว n- ชนิดบนพื้นผิวโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณเท่ากับ 1200 0 C ในไอระเหย บีซีแอล 3จะเกิดฟิล์มซิลิกอนบางๆ ร-พิมพ์. ตาแมวได้รับการแก้ไขบนแท่นฉายแสงซึ่งแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนที่ ด้วยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างพื้นผิวของตาแมวและแหล่งกำเนิดแสง คุณสามารถเปลี่ยนการส่องสว่างของตาแมวได้ ค่าแสง อี(ล) สอดคล้องกับระยะทาง ลระหว่างตัวส่องสว่างและตาแมวจะถูกกำหนดโดยเส้นโค้งการสอบเทียบ (รูปที่ 5)

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของประตู

แอนิเมชั่น

คำอธิบาย

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว (สิ่งกีดขวาง) เกิดขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน (โดยองค์ประกอบทางเคมีหรือเจือด้วยสิ่งเจือปนที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) เช่นเดียวกับที่หน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์กับโลหะ ในบริเวณที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน จะมีสนามไฟฟ้าภายในซึ่งเร่งตัวพาพาหะที่ไม่สมดุลเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดจากรังสี เป็นผลให้โฟโตแคริเออร์ที่มีสัญญาณต่างกันถูกแยกออกจากกัน โฟโตโวลเตจของเกตสามารถเกิดขึ้นได้จากแสงที่สร้างพาหะส่วนน้อย สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือโฟโตโวลเตจของวาล์วที่ทางแยก p-n และทางแยกเฮเทอโร เช่น สัมผัสกับสารกึ่งตัวนำสองตัวที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน

บนรูป 1 แผนผังแสดงการแยกคู่ที่เกิดขึ้นเมื่อจุดเชื่อมต่อ p-n สว่างขึ้น

การแยกคู่อิเล็กตรอนและรูด้วยแสงที่จุดเชื่อมต่อ p-n

ข้าว. 1

การมีส่วนร่วมของกระแสเกิดขึ้นจากทั้งตัวพาที่สร้างขึ้นโดยตรงในบริเวณรอยต่อ p-n และตื่นเต้นในบริเวณที่มีการเปลี่ยนผ่านใกล้ และการไปถึงบริเวณของสนามที่แข็งแกร่งโดยการแพร่กระจาย จากผลของการแยกคู่ การไหลของอิเล็กตรอนที่ถูกแก้ไขไปยังบริเวณ n และรูเข้าไปในบริเวณ p จะเกิดขึ้น ด้วยวงจรเปิด EMF จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางปริมาณงาน (ไปข้างหน้า) ของจุดเชื่อมต่อ p-n เพื่อชดเชยกระแสนี้

ขึ้นอยู่กับการเติมทั้งสองด้านของเฮเทอโรจังก์ชัน มันเป็นไปได้ที่จะสร้าง p-n - เฮเทอโรจังก์ชั่น (แอนไอโซไทป์) และ n-n - เฮเทอโรจังก์ชั่น หรือ p-p - เฮเทอโรจังก์ชั่น (ไอโซไทป์)

การรวมกันของเฮเทอโรจังก์ชั่นและโมโนจังก์ชั่นต่างๆ ทำให้เกิดโครงสร้างเฮเทอโรจังก์ชั่นบางอย่าง

การแยกเฮเทอโรจังก์ชั่นผลึกเดี่ยวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดระหว่างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอาร์เซไนด์ ฟอสไฟด์ และแอนติโมไนด์ Ga และ Al เนื่องมาจากรัศมีโควาเลนต์ของพวกมันอยู่ใกล้กัน

โฟโตเซลล์บนทางแยก p-n หรือทางแยกเฮเทอโรมีความเฉื่อยต่ำและให้การแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง

เวลา

เวลาเริ่มต้น (บันทึกเป็น -3 ถึง -1)

อายุการใช้งาน (บันทึก tc จาก -1 ถึง 7);

เวลาในการย่อยสลาย (log td -3 ถึง -1)

เวลาในการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุด (บันทึก tk 0 ถึง 6)

แผนภาพ:

การรับรู้ทางเทคนิคของผลกระทบ

โฟโตไดโอดมาตรฐาน (ควรมีพื้นที่รับสัญญาณขนาดใหญ่ เช่น F24K หรือที่คล้ายกัน) เชื่อมต่อกับอินพุตของออสซิลโลสโคป และส่องสว่างด้วยแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ เราสังเกต EMF ที่สั่นด้วยความถี่หลักคู่ (นั่นคือ 100 Hz)

การใช้เอฟเฟ็กต์

โฟโตอิเล็กทริคเอฟเฟกต์ของวาล์ว (สิ่งกีดขวาง) ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และเซลล์แสงอาทิตย์ รวมถึงในอุปกรณ์สำหรับตรวจจับความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องตรวจจับแสงสำหรับตรวจวัดฟลักซ์แสง

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโฟโตอิเล็กทริค) เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของการแผ่รังสีแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง กระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในโฟโตเซลล์เมื่อรังสีดวงอาทิตย์กระทบพวกมัน แผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะขึ้นอยู่กับการกระตุ้นของ EMF ที่ขอบเขตระหว่างตัวนำกับเซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่อแสง (เช่น ซิลิคอน) หรือระหว่างตัวนำที่แตกต่างกัน กำลังของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ถึง 100 kW ประสิทธิภาพคือ 10–20%

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของวาล์วคือการเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในระหว่างการดูดซับควอนตัมการแผ่รังสีของช่วงแสงในระบบที่มีการสัมผัสกันของเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่บริสุทธิ์สองตัวที่มีความนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ หรือในระบบเซมิคอนดักเตอร์-โลหะ

บนรูป รูปที่ 3 แสดงแผนภาพพลังงานของจุดเชื่อมต่อ p-n ที่ไม่มีแสงสว่าง (E c , E v และ E F คือพลังงานที่ด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้า ด้านบนของแถบวาเลนซ์ และระดับแฟร์มี ตามลำดับ E g คือช่องว่างของแถบ) .

รูปที่ 4. แผนภาพพลังงานของทางแยก p-n เมื่อส่องสว่าง

เมื่อระบบดังกล่าวส่องสว่างด้วยโฟตอนที่มีพลังงาน hn > E g แสงที่ถูกดูดซับจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า ในกรณีนี้ รูจะเกิดขึ้นในแถบเวเลนซ์ มีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-รู (รูปที่ 4) พฤติกรรมของพาหะที่ไม่มีความสมดุลจะขึ้นอยู่กับบริเวณของระบบที่รังสีถูกดูดซับ สำหรับแต่ละภูมิภาค พฤติกรรมของพาหะรายย่อยมีความสำคัญ เนื่องจากความหนาแน่นของพวกมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้างภายใต้แสงสว่าง ความหนาแน่นของพาหะส่วนใหญ่ทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซเซมิคอนดักเตอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเลย ถ้ารังสีถูกดูดซับในบริเวณ p อิเล็กตรอนที่อยู่ในระยะห่างจากจุดเชื่อมต่อ p-n น้อยกว่าความยาวเส้นทางการแพร่จะสามารถเข้าถึงได้ และภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าสัมผัส จะเคลื่อนไปยังบริเวณ n .

ในทำนองเดียวกัน หากรังสีถูกดูดซับในบริเวณ n จะมีเพียงรูเท่านั้นที่จะถูกดีดออกผ่านทางรอยต่อ p-n เข้าสู่บริเวณ p

หากคู่ถูกสร้างขึ้นในภูมิภาคของประจุอวกาศ (การเปลี่ยนผ่าน p-n) ฟิลด์จะ "แยก" ผู้ให้บริการประจุในลักษณะที่สุดท้ายจะอยู่ในภูมิภาคซึ่งเป็นประจุหลัก

ดังนั้นคู่ที่เกิดจากแสงจะถูกแยกออกจากกัน ในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะกระจุกตัวอยู่ใน n-semiconductor และรู - ใน p-semiconductor เช่น ทางแยก p-n ทำหน้าที่เป็น "ท่อระบายน้ำ" สำหรับผู้ให้บริการรายย่อย

การสะสมของประจุนี้ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด: ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของรูใน p-เซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กตรอนใน n-เซมิคอนดักเตอร์ สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยพวกมันจะเพิ่มขึ้น ซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงของพาหะส่วนน้อยผ่านเลเยอร์การปิดกั้น .

เมื่อฟิลด์นี้เพิ่มขึ้น ฟลักซ์ย้อนกลับของพาหะรายย่อยก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ในท้ายที่สุด ความสมดุลแบบไดนามิกจะเกิดขึ้นโดยจำนวนผู้ให้บริการรายย่อยที่เคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาผ่านชั้นปิดกั้นจะเท่ากับจำนวนผู้ให้บริการรายเดียวกันที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามในช่วงเวลาเดียวกัน

วาล์วโฟโต้เอฟเฟ็กต์

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกในชั้นกั้น - เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้า(แรงดันไฟฟฉา) ในระบบที่ประกอบดฉวย PP สองตัวที่สัมผัสกันหรือของ PP กับโลหะ การปฏิบัติที่ใหญ่ที่สุด ที่น่าสนใจคือ F.v. ในการเปลี่ยนผ่านของ p-i และ ทางแยกที่แตกต่างกันเอฟ อิน ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใน PP โฟโตไดโอด, โฟโต้ทรานซิสเตอร์ฯลฯ

. 2004 .

ดูว่า "VENT PHOTOEFECT" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:

กลศาสตร์ควอนตัม ... วิกิพีเดีย

การกระจายตัวของอิเล็กตรอนในพลังงาน ระบุสถานะใน PP ที่เป็นของแข็งและของเหลวและไดอิเล็กทริกซึ่งเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี เอฟ อิน ตามกฎแล้วถูกตรวจพบโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของพาหะในปัจจุบันในตัวกลางนั่นคือโดยการปรากฏตัวของ ... พจนานุกรมโพลีเทคนิคสารานุกรมขนาดใหญ่

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว- เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายในซึ่งเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า [รวบรวมคำศัพท์ที่แนะนำ ฉบับที่ 79 เลนส์กายภาพ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต คณะกรรมการคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์และเทคนิค 1970] หัวข้อ ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ เงื่อนไขทั่วไป การเปลี่ยนแปลง ... ... คู่มือนักแปลด้านเทคนิค

PHOTO EFFECT กลุ่มของปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนของวัตถุที่เป็นของแข็งจากพันธะภายในอะตอมภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า มี: 1) เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายนอกหรือการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิว ... ... สารานุกรมสมัยใหม่

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากของแข็ง (หรือของเหลว) ภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า มี: ..1) เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก - การปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้การกระทำของแสง (การปล่อยโฟโตอิเล็กทรอนิกส์)? รังสี ฯลฯ ; ..2) ... ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

เอฟเฟกต์ภาพถ่าย- (1) การเกิดขึ้นของวาล์วของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (photoEMF) ระหว่างสารกึ่งตัวนำที่ไม่เหมือนกันสองตัว หรือระหว่างสารกึ่งตัวนำกับโลหะภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (2) F. การแผ่รังสีอิเล็กตรอนจากภายนอก (photoelectronic emission) จาก ... สารานุกรมโพลีเทคนิคผู้ยิ่งใหญ่

ก; ม.ฟิส. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสารภายใต้อิทธิพลของพลังงานแสง เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค * * * เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนจากของแข็ง (หรือของเหลว) ภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แยกแยะ: ... ... พจนานุกรมสารานุกรม

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของชั้นกั้น- užtvarinis fotoefektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. โฟโตเอฟเฟกต์ชั้นกั้น; เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของชั้นกั้น เอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ vok Sperrschichtphotoeffekt, m rus. เอฟเฟกต์ตาแมววาล์ว, m; ผลกระทบจากเซลล์แสงอาทิตย์, m;… … Fizikos terminų žodynas

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนทีวี ร่างกาย (หรือของเหลว) ภายใต้อิทธิพลของอีเมล ขยาย รังสี ความแตกต่าง: ภายนอก F. การปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของแสง (การปล่อยโฟโตอิเล็กทรอนิกส์) การแผ่รังสี ฯลฯ ภายใน ฉ. เพิ่มขึ้น ...... วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ. พจนานุกรมสารานุกรม