Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalar universiteti

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi
Toshkent axborot texnologiyalar universiteti
Kiberxavfsizlik yo’nalishi
073-22 guruh talabasi Yunusov Lazizbekning
Fotoeffekt va uning qonunlari (Tashqi fotoeffekt
Qonunlari) mavzusidagi

Mustaqil ishi

Kirish
1. Fotoelektr effektining kashf etilishi tarixi

2. Stoletov qonunlari
3. Eynshteyn tenglamasi
4.Ichki fotoelektr effekti
5. Fotoelektrik effekt hodisasini qo'llash
Adabiyotlar ro'yxati


Kirish


Ko'p optik hodisalar yorug'likning to'lqin tabiati haqidagi g'oyalar asosida izchil tushuntirilgan. Biroq, 19-asr oxiri - 20-asr boshlarida. Fotoelektr effekti, rentgen nurlari, Kompton effekti, atomlar va molekulalarning nurlanishi, issiqlik nurlanishi va boshqalar kabi hodisalar topildi va o'rganildi, ularni to'lqin nuqtai nazaridan tushuntirish imkonsiz bo'lib chiqdi. Yorug'likning tabiati haqidagi korpuskulyar g'oyalar asosida yangi eksperimental faktlarning izohi olindi. Optik hodisalarni tushuntirish uchun to'lqin va zarrachaning mutlaqo qarama-qarshi fizik modellaridan foydalanish bilan bog'liq paradoksal vaziyat yuzaga keldi. Ba'zi hodisalarda yorug'lik to'lqin xususiyatlarini, boshqalarida - korpuskulyarlikni ko'rsatdi.
Yorug'likning moddaga ta'siri namoyon bo'ladigan turli hodisalar orasida fotoelektr effekti, ya'ni yorug'lik ta'sirida moddaning elektronlar chiqarishi muhim o'rinni egallaydi. Ushbu hodisani tahlil qilish yorug'lik kvantlari g'oyasini keltirib chiqardi va zamonaviy nazariy tushunchalarni ishlab chiqishda juda muhim rol o'ynadi. Shu bilan birga, fotoelektr effekti fotoelementlarda qo'llaniladi, ular fan va texnikaning eng xilma-xil sohalarida juda keng qo'llanilgan va yanada boy istiqbollarni va'da qilmoqda. [1]
1. Fotoelektr effektining kashf etilishi tarixi

Fotoelektrik effektning kashfiyoti 1887 yilga to'g'ri keladi, o'shanda Gerts ultrabinafsha nurlar bilan kuchlanish ostida uchqun bo'shlig'i bo'lgan yorituvchi elektrodlar ular orasidagi uchqunni osonlashtirishini aniqlagan.

Gerts tomonidan kashf etilgan hodisani quyidagi oson bajariladigan tajribada kuzatish mumkin (1-rasm).


1-rasm

F uchqun oralig'ining qiymati shunday tanlanadiki, transformator T va kondansatkich C dan iborat bo'lgan sxemada uchqun qiyinchilik bilan (daqiqada bir yoki ikki marta) sakraydi. Agar sof sinkdan yasalgan F elektrodlari Hg simob chiroq nuri bilan yoritilgan bo'lsa, u holda kondansatörning zaryadsizlanishi juda osonlashadi: uchqun sakray boshlaydi. 1. Gerts tajribasining sxemasi.

Fotoelektr effekti 1905 yilda Maks Plankning yorug'likning kvant tabiati haqidagi gipotezasiga asoslanib, Albert Eynshteyn (1921 yilda Nobel mukofotini olgani uchun) tomonidan tushuntirilgan. Eynshteynning ishi muhim yangi gipotezani o'z ichiga olgan - agar Plank yorug'lik faqat kvantlangan qismlarda chiqariladi, deb taklif qilgan bo'lsa, Eynshteyn allaqachon yorug'lik faqat kvant qismlar shaklida mavjud deb ishongan. Yorug'likning zarralar (fotonlar) sifatidagi tushunchasidan Eynshteynning fotoelektr effekti formulasi darhol quyidagicha:

<sub>bu erda chiqarilgan elektronning kinetik energiyasi, berilgan moddaning ish funktsiyasi, tushayotgan yorug'lik chastotasi, Plank doimiysi, qora jismning nurlanishi uchun Plank formulasi bilan mutlaqo bir xil bo'lib chiqdi.
Bu formuladan fotoeffektning qizil chegarasining mavjudligi kelib chiqadi. Shunday qilib, fotoelektrik effektni o'rganish eng qadimgi kvant mexanik tadqiqotlar qatoriga kirdi.


2. Stoletov qonunlari


Birinchi marta (1888-1890) fotoelektrik effekt hodisasini batafsil tahlil qilib, rus fizigi A.G. Stoletov juda muhim natijalarga erishdi. Oldingi tadqiqotchilardan farqli o'laroq, u elektrodlar orasidagi kichik potentsial farqni oldi. Stoletov tajribasining sxemasi shaklda ko'rsatilgan. 2.





Vakuumda joylashgan ikkita elektrod (biri panjara shaklida, ikkinchisi tekis) batareyaga biriktirilgan. O'chirishga kiritilgan ampermetr hosil bo'lgan oqim kuchini o'lchash uchun ishlatiladi.Stoletov ultrabinafsha nurlar eng samarali ta'sirga ega degan xulosaga keldi. Bundan tashqari, yorug'lik ta'sirida hosil bo'lgan oqimning kuchi uning intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligi aniqlandi.</sub>
1898 yilda Lenard va Tomson elektr va magnit maydonlarda zaryadning burilish usuli bilan chiqarilgan zaryadlangan zarrachalarning o'ziga xos zaryadini aniqladilar. 2. Stoletov tajribasining sxemasi.
katoddan yorug'lik oldi va ifodani oldi
SGSE birligi s/g, elektronning ma'lum o'ziga xos zaryadiga to'g'ri keladi. Bundan kelib chiqadiki, yorug'lik ta'sirida elektronlar katod materialidan chiqariladi.
Olingan natijalarni umumlashtirib, fotoelektr effektining quyidagi qonuniyatlari aniqlandi:
1. Yorug'likning doimiy spektral tarkibi bilan to'yingan fototokning kuchi katodga tushadigan yorug'lik oqimiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
2. Yorug'lik ta'sirida chiqarilgan elektronlarning boshlang'ich kinetik energiyasi yorug'lik chastotasining ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.
3. Agar yorug'lik chastotasi qizil chegara deb ataladigan har bir metallga xos bo'lgan ma'lum bir qiymatdan kam bo'lsa, fotoelektr effekti yuzaga kelmaydi.
Fotoelektr effektining birinchi qolipi, shuningdek, fotoeffektning o‘zi paydo bo‘lishi klassik fizika qonunlari asosida oson tushuntirilishi mumkin. Darhaqiqat, yorug'lik maydoni metall ichidagi elektronlarga ta'sir qilib, ularning tebranishlarini qo'zg'atadi. Majburiy tebranishlarning amplitudasi elektronlar metallni tark etadigan shunday qiymatga yetishi mumkin; keyin fotoelektr effekti kuzatiladi.
Klassik nazariyaga ko'ra, yorug'lik intensivligi elektr vektorining kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini hisobga olsak, yorug'lik intensivligi oshishi bilan chiqarilgan elektronlar soni ortadi.
Fotoelektr effektining ikkinchi va uchinchi qonunlari klassik fizika qonunlari bilan izohlanmagan.


3-rasm

Metall monoxromatik yorug'lik oqimi bilan nurlantirilganda yuzaga keladigan fototokning (3-rasm) elektrodlar orasidagi potentsiallar farqiga bog'liqligini o'rganish (bunday bog'liqlik odatda fototokning volt-amper xarakteristikasi deb ataladi), aniqlandi: 1) fototok faqat da emas, balki da ham sodir bo'ladi; 2) fotooqim ma'lum bir metall uchun qat'iy belgilangan potentsial farqning noldan manfiy qiymatigacha farq qiladi, bu kechiktiruvchi potentsial deb ataladi; 3) blokirovkalash (kechiktirish) potentsialining kattaligi tushayotgan yorug'likning intensivligiga bog'liq emas; 4) sekinlashtiruvchi potentsialning mutlaq qiymatining kamayishi bilan fototok ortadi; 5) fototokning qiymati o'sish bilan ortadi va ma'lum bir qiymatdan fototok (to'yinganlik oqimi deb ataladigan) doimiy bo'ladi; 6) to'yingan tokning qiymati tushayotgan yorug'lik intensivligi oshishi bilan ortadi; 7) kechikishning qiymati 3. Xususiyat

potentsial tushayotgan yorug'lik chastotasiga bog'liq; fototok.
8) yorug'lik ta'sirida chiqarilgan elektronlarning tezligi yorug'lik intensivligiga bog'liq emas, balki faqat chastotasiga bog'liq. [2]

3. Eynshteyn tenglamasi

Fotoelektrik effekt hodisasi va uning barcha qonunlari yorug'likning kvant tabiatini tasdiqlovchi yorug'likning kvant nazariyasi yordamida yaxshi tushuntiriladi.

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, Eynshteyn (1905) Plankning kvant nazariyasini ishlab chiqayotib, nafaqat nurlanish va yutilish, balki yorug'likning tarqalishi ham energiya va momentum bo'lgan qismlarda (kvantalarda) sodir bo'ladi, degan g'oyani ilgari surdi:

to'lqin vektori bo'ylab yo'naltirilgan birlik vektor qayerda. Eynshteyn energiyaning saqlanish qonunini metallardagi fotoeffekt hodisasiga tadbiq qilib, quyidagi formulani taklif qildi:

₍₁₎

bu yerda - metalldan elektronning ish funksiyasi, fotoelektron tezligi. Eynshteynga ko'ra, har bir kvant faqat bitta elektron tomonidan so'riladi va tushayotgan foton energiyasining bir qismi metall elektronning ish funktsiyasiga sarflanadi, qolgan qismi esa elektronga kinetik energiya beradi.

(1) dan kelib chiqadiki, metallarda fotoelektr effekti faqat da sodir bo'lishi mumkin , aks holda foton energiyasi metalldan elektronni chiqarish uchun etarli bo'lmaydi. Fotoelektr effekti ta'sirida yuzaga keladigan yorug'likning eng past chastotasi , shubhasiz, vaziyatdan aniqlanadi.

Qayerda

₍₂₎

2. 
   shart bilan aniqlangan yorug'lik chastotasi fotoeffektning "qizil chegarasi" deb ataladi. "Qizil" so'zining fotoelektr effekti paydo bo'ladigan yorug'lik rangiga hech qanday aloqasi yo'q. Metallning turiga qarab, fotoelektr effektining "qizil chegarasi" qizil, sariq, binafsha, ultrabinafsha va boshqalarga mos kelishi mumkin.
   

Eynshteyn formulasi yordamida fotoeffektning boshqa qonuniyatlarini ham tushuntirish mumkin.

Faraz qilaylik, ya'ni anod va katod o'rtasida sekinlashtiruvchi potentsial mavjud. Agar elektronlarning kinetik energiyasi etarli bo'lsa, ular sekinlashtiruvchi maydonni engib, fototokni yaratadilar. Fotooqim sharti qondirilgan elektronlarni o'z ichiga oladi. Kechiktiruvchi potentsialning qiymati shartdan aniqlanadi
₍₃₎

bu erda chiqarilgan elektronlarning maksimal tezligi. Guruch. 4.

2. 
   ni (1) ga almashtirib, biz hosil qilamiz
   

_Qayerga

Shunday qilib, kechiktiruvchi potentsialning kattaligi intensivlikka bog'liq emas, balki faqat tushayotgan yorug'lik chastotasiga bog'liq.

Metalldan elektronlarning ish funktsiyasi va Plank doimiysi tushayotgan yorug'lik chastotasiga bog'liqligini grafigi orqali aniqlash mumkin (4-rasm). Ko'rinib turibdiki, potentsial o'qdan kesilgan segment beradi

Yorug'lik intensivligi fotonlar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lganligi sababli, tushayotgan yorug'lik intensivligining oshishi chiqariladigan elektronlar sonining ko'payishiga olib keladi, ya'ni fototokning kuchayishi.

Eynshteynning nometalllardagi fotoelektr effekti formulasi shaklga ega





Mavjudligi - bog'langan elektronni metall bo'lmaganlar ichidagi atomdan ajratish ishi - erkin elektronlar mavjud bo'lgan metallardan farqli o'laroq, metall bo'lmaganlarda elektronlar atomlarga bog'langan holatda bo'lishi bilan izohlanadi. Shubhasiz, yorug'lik metall bo'lmaganlarga tushganda yorug'lik energiyasining bir qismi atomdagi fotoelektr effektiga - elektronni atomdan ajratishga, qolgan qismi esa elektronning ish funktsiyasiga va kinetik energiya berishga sarflanadi. energiya elektronga. [2]

O'tkazuvchan elektronlar o'z-o'zidan metallni sezilarli darajada tark etmaydi. Bu metall ular uchun potentsial quduqni ifodalashi bilan izohlanadi. Metallni faqat energiyasi sirtda mavjud bo'lgan potentsial to'siqni engish uchun etarli bo'lgan elektronlar uchun qoldirish mumkin. Ushbu to'siqni keltirib chiqaradigan kuchlar quyidagi kelib chiqishiga ega. To'rning musbat ionlarining tashqi qatlamidan elektronning tasodifiy olib tashlanishi elektron qoldirgan joyda ortiqcha musbat zaryad paydo bo'lishiga olib keladi. Bu zaryad bilan Kulon o'zaro ta'siri tezligi unchalik katta bo'lmagan elektronning orqaga qaytishiga olib keladi. Shunday qilib, alohida elektronlar har doim metall sirtini tark etadilar, undan bir necha atomlararo masofaga uzoqlashadilar va keyin orqaga buriladi. Natijada, metall nozik elektron buluti bilan o'ralgan. Bu bulut ionlarning tashqi qatlami bilan birgalikda qoʻsh elektr qavatni hosil qiladi (5-rasm; doiralar - ionlar, qora nuqtalar - elektronlar). Bunday qatlamdagi elektronga ta'sir qiluvchi kuchlar metall ichiga yo'naltiriladi. Elektronni metalldan tashqi tomonga o'tkazishda bu kuchlarga qarshi bajarilgan ish elektronning potentsial energiyasini oshirishga ketadi (5-rasm).

(6)

Shunday qilib, metall ichidagi valent elektronlarning potentsial energiyasi metalldan tashqarida potentsial quduqning chuqurligiga teng miqdorda kamroq bo'ladi (6-rasm). Energiyaning o'zgarishi bir necha atomlararo masofalar tartibida sodir bo'ladi, shuning uchun quduqning devorlarini vertikal deb hisoblash mumkin.

Elektronning potentsial energiyasi rasm. 6.
elektron joylashgan nuqtaning potensiali esa qarama-qarshi belgilarga ega. Bundan kelib chiqadiki, metall ichidagi potentsial uning yuzasiga bevosita yaqin joylashgan potensialdan .
Metallga ortiqcha musbat zaryad berish metallning sirtida ham, ichida ham potentsialni oshiradi. Elektronning potentsial energiyasi mos ravishda kamayadi (7-rasm, a).



(7)
Cheksizlikdagi potentsial va potentsial energiya qiymatlari mos yozuvlar nuqtasi sifatida qabul qilinadi. Salbiy zaryadning kiritilishi metallning ichida va tashqarisida potentsialni pasaytiradi. Shunga ko'ra, elektronning potentsial energiyasi ortadi (7-rasm, b).
Metalldagi elektronning umumiy energiyasi potentsial va kinetik energiyalarning yig'indisidir. Mutlaq nolda o'tkazuvchanlik elektronlarining kinetik energiyasining qiymatlari noldan Fermi darajasiga to'g'ri keladigan energiyagacha o'zgaradi. Shaklda. 8, o'tkazuvchanlik zonasining energiya darajalari potentsial quduqqa yozilgan (nuqtali chiziqlar 0K da band bo'lmagan darajalarni ko'rsatadi). Metalldan tashqariga chiqish uchun turli elektronlarga turli energiyalar berilishi kerak. Demak, o'tkazuvchanlik zonasining eng past darajasida joylashgan elektronga energiya berilishi kerak; Fermi darajasidagi elektron uchun energiya yetarli.
Elektronni qattiq yoki suyuq jismdan vakuumga chiqarish uchun unga berilishi kerak bo'lgan eng kichik energiya ish funktsiyasi deb ataladi. Metalldan elektronning ish funktsiyasi ifoda bilan aniqlanadi
₍₄₎

Biz bu ifodani metallning harorati 0K deb taxmin qilib oldik. Boshqa haroratlarda ish funktsiyasi potentsial quduqning chuqurligi va Fermi darajasi o'rtasidagi farq sifatida ham aniqlanadi, ya'ni ta'rif (4) har qanday haroratga uzaytiriladi. Xuddi shu ta'rif yarimo'tkazgichlarga ham tegishli.

Fermi darajasi haroratga bog'liq. Bundan tashqari, termal kengayish tufayli atomlar orasidagi o'rtacha masofalarning o'zgarishi tufayli potentsial quduqning chuqurligi biroz o'zgaradi. Bu ish funktsiyasining ozgina haroratga bog'liq bo'lishiga olib keladi.
Ish funktsiyasi metall sirtining holatiga, xususan, uning tozaligiga juda sezgir. To'g'ri tanlangan rasm. 8.
sirt qoplamasi, ish funktsiyasi sezilarli darajada kamayishi mumkin. Masalan, volfram yuzasida gidroksidi tuproqli metalning (Ca, Sr, Ba) oksid qatlamining cho'kishi ish funktsiyasini 4,5 eV dan (sof Vt uchun) 1,5 - 2 eV gacha kamaytiradi. [4]
4. Ichki fotoelektr effekti

Yuqorida biz moddaning yoritilgan yuzasidan elektronlarning chiqishi va ularning boshqa muhitga, xususan, vakuumga o'tishi haqida gapirdik. Elektronlarning bunday emissiyasi fotoelektron emissiya deb ataladi va hodisaning o'zi tashqi fotoelektr effekti deb ataladi. Shu bilan birga, ichki fotoelektrik effekt deb ataladigan narsa ham ma'lum va amaliy maqsadlarda keng qo'llaniladi, bunda tashqidan farqli o'laroq, optik qo'zg'aluvchan elektronlar yoritilgan jismning betarafligini buzmasdan qoladi. Bunda moddada zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi yoki ularning harakatchanligi o'zgaradi, bu esa unga tushadigan yorug'lik ta'sirida moddaning elektr xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi. Ichki fotoelektrik effekt faqat yarimo'tkazgichlar va dielektriklarga xosdir. Buni, xususan, bir hil yarimo'tkazgichlar yoritilganda ularning o'tkazuvchanligining o'zgarishi bilan aniqlash mumkin. Ushbu hodisaga asoslanib, fotoo'tkazuvchanlik, yorug'lik qabul qiluvchilarning katta guruhi, fotorezistorlar yaratilgan va doimiy ravishda takomillashtirilmoqda. Ular asosan selenid va kadmiy sulfiddan foydalanadilar.

Bir hil bo'lmagan yarimo'tkazgichlarda o'tkazuvchanlikning o'zgarishi bilan birga potentsial farqning shakllanishi ham kuzatiladi (foto - emf). Ushbu hodisa (fotovoltaik effekt) yarimo'tkazgichlarning o'tkazuvchanligining bir xilligi tufayli optik qo'zg'aluvchan elektronlarning o'tkazgich hajmida fazoviy ajralish mavjudligi bilan bog'liq bo'lib, ular salbiy zaryad va mikrozonalar (teshiklar) paydo bo'ladi. elektronlar uzilib qolgan atomlarning bevosita yaqinida va musbat elementar zaryad tashuvchilarning zarralari kabi. Yarimo'tkazgichning turli uchlarida elektronlar va teshiklar to'plangan, buning natijasida elektromotor kuch paydo bo'ladi, buning natijasida u tashqi emfni qo'llamasdan hosil bo'ladi. yoritilgan yarimo'tkazgich bilan parallel ravishda bog'langan yukdagi elektr toki.Shu tarzda yorug'lik energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirishga erishiladi. Aynan shuning uchun fotovoltaik yorug'lik qabul qiluvchilar nafaqat yorug'lik signallarini, balki elektr zanjirlarida elektr energiyasi manbalari sifatida ham qo'llaniladi.
Bunday qabul qiluvchilarning asosiy sanoat turlari selen va kumush sulfid asosida ishlaydi. Kremniy, germaniy va bir qator birikmalar - GaAs, InSb, CdTe va boshqalar ham juda keng tarqalgan. Quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladigan fotovoltaik hujayralar kosmik tadqiqotlarda bort quvvat manbalari sifatida ayniqsa keng qo'llanila boshlandi. Ular nisbatan yuqori samaradorlikka ega (20% gacha) va avtonom kosmik kemalar parvozi uchun juda qulaydir. Zamonaviy quyosh batareyalarida, yarimo'tkazgich materialiga qarab, foto - emf. 1 - 2 V ga etadi, oqimni olib tashlash - bir necha o'n milliamperga va 1 kg massa uchun chiqish quvvati yuzlab vattga etadi. [1]
5. Fotoelektrik effekt hodisasini qo'llash

Hozirgi vaqtda tashqi va ichki fotoelektr effekti asosida yorug'lik signalini elektr signaliga aylantiradigan va umumiy nom - fotoelementlar bilan birlashtirilgan son-sanoqsiz radiatsiya qabul qiluvchilar qurilmoqda. Ular muhandislik va ilmiy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi. Turli xil ob'ektiv optik o'lchovlarni bizning davrimizda u yoki bu turdagi fotosellardan foydalanmasdan tasavvur qilib bo'lmaydi. Spektrning eng keng diapazonida zamonaviy fotometriya, spektrometriya va spektrofotometriya, moddaning spektral tahlili, kuzatilgan juda zaif yorug'lik oqimlarini ob'ektiv o'lchash, masalan, Raman spektrlarini o'rganishda, astrofizika, biologiya va boshqalarni tasavvur qilish qiyin. fotoelementlardan foydalanmasdan; infraqizil spektrlarni ro'yxatga olish ko'pincha spektrning uzun to'lqinli mintaqasi uchun maxsus fotosellar tomonidan amalga oshiriladi. Fotoelementlar texnologiyada juda keng qo'llaniladi: ishlab chiqarish jarayonlarini boshqarish va boshqarish, tasvirni uzatish va televideniedan lazerlarda optik aloqa va kosmik texnologiyalargacha bo'lgan turli xil aloqa tizimlari zamonaviy sanoat va aloqa sohasidagi eng xilma-xil texnik masalalarning to'liq ro'yxatidan uzoqdir.

Fotoelementlarning yaratilish tarixi 130 yildan ortiq. Ichki fotoelektrik effektga asoslangan va fotoo'tkazuvchanlik hodisasidan foydalangan holda birinchi fotoelektrik element 1875 yilda qurilgan, 1889 yilda tashqi fotoelektrik effektga asoslangan birinchi vakuumli fotoelement qurilgan. Rossiyada vakuumli fotoelementlarni sanoat ishlab chiqarish P.V. Timofeev 1930-yilda. Shunisi qiziqki, tashqi fotoelektr effektidan foydalanadigan fotoelementlar avvalroq keng ishlab chiqilgan, garchi ichki fotoelektr effekti kamida 50 yil avval kashf etilgan. Faqat bizning asrimizning 40-yillarida yarimo'tkazgichlar fizikasining jadal rivojlanishi va ichki fotoelektr effektini batafsil o'rganish tufayli yarim o'tkazgich materiallari asosida yangi fotoelementlar yaratila boshlandi.
Fotoelementlar yordamida hal qilinadigan vazifalarning xilma-xilligi turli xil texnik xususiyatlarga ega bo'lgan juda ko'p turdagi fotoelementlarning paydo bo'lishiga olib keldi. Har bir aniq vazifani hal qilish uchun fotoelementlarning optimal turini tanlash ushbu xususiyatlarni bilishga asoslanadi. Tashqi fotoelektr effektli fotoelementlar (vakuumli fotoelementlar) uchun quyidagi xususiyatlarni bilish talab qilinadi: spektrning ishchi hududi; spektral sezgirlikning nisbiy xarakteristikasi (u monoxromatik yorug'lik ostida spektral sezgirlikning ushbu xarakteristikaning maksimal darajasidagi sezgirligiga nisbati o'lchovsiz qiymatining tushayotgan nurining to'lqin uzunligiga bog'liqligi sifatida tuzilgan); integral sezuvchanlik (fotoelement standart yorug'lik manbai bilan yoritilganda aniqlanadi); kvant rentabelligi qiymati (chiqarilgan fotoelektronlar sonining fotokatodga tushgan fotonlar soniga nisbati); inersiya (vakuumli fotoelementlar uchun odatda elektronlarning fotokatoddan anodga uchish vaqti orqali aniqlanadi). Muhim parametr, shuningdek, fotoelementning qorong'i oqimi bo'lib, u xona haroratida fotokatodning termal emissiyasi va qochqin oqimining yig'indisidir.
Fotokatodning materialiga va fotoselli lampochkaning materialiga qarab, ular 0,2 - 1,1 mkm oralig'ida ishlatilishi mumkin. Ularning integral sezuvchanligi 1 lm yorug'lik oqimi uchun 20-100 mkA, issiqlik emissiyasi esa - ichida. Vakuumli fotoelementlarning juda muhim afzalligi ularning yuqori doimiyligi va yorug'lik oqimining fototok bilan bog'lanishining chiziqliligidir. Shuning uchun uzoq vaqt davomida ular asosan ob'ektiv fotometriya, spektrometriya, spektrofotometriya va spektrning ko'rinadigan ultrabinafsha mintaqasida spektral tahlilda qo'llanilgan. Yorug'lik o'lchovlari uchun vakuumli fotosellarning asosiy kamchiliklari ushbu yorug'lik qabul qiluvchilar tomonidan ishlab chiqarilgan elektr signallarining kichikligi hisobga olinishi kerak. Oxirgi kamchilik fotoko'paytiruvchi naychalarda (PMT) butunlay yo'q qilinadi, bu xuddi fotosellarning rivojlanishini anglatadi. PMT birinchi marta 1934 yilda qurilgan.


sxema. 9. Fotoko'paytiruvchi qurilmaning sxemasi
PMTning ishlash prinsipini 9-rasmda kuzatish mumkin.Elektr maydoni ta’sirida ShK fotokatodidan chiqarilgan fotoelektronlar tezlashadi va birinchi oraliq elektrodga tushadi. Unga tushib, fotoelektronlar ikkilamchi elektronlarning emissiyasini keltirib chiqaradi va ma'lum sharoitlarda bu ikkilamchi emissiya fotoelektronlarning dastlabki oqimidan bir necha marta oshib ketishi mumkin. Elektrodlarning konfiguratsiyasi shundayki, fotoelektronlarning ko'p qismi elektrodga tushadi va ikkilamchi elektronlarning ko'p qismi keyingi elektrodga tushadi, bu erda ko'payish jarayoni takrorlanadi va hokazo. Elektrodlarning (dinodlarning) oxirgi qismidan ikkinchi darajali elektronlar, va ularning 10-15 tagacha bo'lib, anodda yig'iladi. Bunday tizimlarning umumiy daromadi ga etadi va PMT ning integral sezgirligi har bir lümen uchun minglab amperga etadi. Bu, albatta, katta oqimlarni olish imkoniyatini anglatmaydi, faqat kichik yorug'lik oqimlarini o'lchash imkoniyatini ko'rsatadi.
Shubhasiz, vakuumli fotoelementlar bilan bir xil texnik xususiyatlar, shuningdek, daromad va uning ta'minot kuchlanishiga bog'liqligi PMTni to'liq tavsiflaydi. Hozirgi vaqtda ikkinchisi hamma joyda vakuumli fotoelementlarni almashtirmoqda. PMT ning kamchiliklari orasida yuqori kuchlanishli va barqarorlashtirilgan quvvat manbaidan foydalanish zarurati, sezgirlik barqarorligi biroz yomonroq va yuqori shovqin mavjud. Biroq, fotokatodlarni sovutishni qo'llash va chiqish oqimini emas, balki har biri bitta fotoelektronga to'g'ri keladigan impulslar sonini o'lchash orqali bu kamchiliklarni katta darajada bostirish mumkin.
Tashqi fotoelektr effektidan foydalanadigan barcha yorug'lik qabul qiluvchilarning katta afzalligi shundaki, yuk o'zgarganda ularning fototoklari o'zgarmaydi. Bu shuni anglatadiki, fototokning past qiymatlarida deyarli o'zboshimchalik bilan katta yuk qarshiligini qo'llash mumkin va shu bilan u bo'ylab yozib olish va kuchaytirish uchun qulay bo'lgan kuchlanish pasayishiga erishish mumkin. Boshqa tomondan, qarshilikni sig'im bilan almashtirib, ushbu sig'imdagi kuchlanishni o'lchash orqali ma'lum vaqt oralig'ida yorug'lik oqimining o'rtacha qiymatiga mutanosib qiymatni olish mumkin. Ikkinchisi beqaror yorug'likdan yorug'lik oqimini o'lchash zarur bo'lgan hollarda juda muhimdir - bu spektral tahlil o'lchovlari uchun xos bo'lgan vaziyat.
Spektrning infraqizil hududida spektrometriyani vakuumli fotoelementlar va fotoko'paytirgichlar yordamida amalga oshirib bo'lmaydi, chunki zamonaviy fotokatodlarning qizil chegarasi 1100 nm dan oshmaydi. Biroq, 3-4 mkm gacha oldinga siljish imkonini beradigan materiallar allaqachon ma'lum. Shuning uchun infraqizil mintaqada ichki fotoelektrik effekt asosida ishlaydigan fotoelementlar qo'llaniladi. Bularga 6 mkm gacha ishlatilishi mumkin bo'lgan InSb, PbSe va PbS asosidagi sovutilmagan fotorezistorlar va 40 mkm gacha mos keladigan oltin, rux, mis va boshqa metallar bilan qo'shilgan germaniy asosidagi chuqur sovutilgan fotorezistorlar kiradi.
Spektrning uzunroq to'lqin uzunligi hududida o'lchovlar uchun termal qabul qiluvchilar qo'llaniladi; ikkinchisi ularning o'tkazuvchanligini o'zgartiradi yoki ularda emf hosil bo'ladi. tushgan nurlanish bilan qizdirilganda.
Yarimo'tkazgichli fotoelementlar elektr signali kattaligining yorug'likka bog'liqligining qat'iy chiziqliligi bilan tavsiflanmaydi. Ushbu kamchilik, shuningdek, fotoelementning sezgirligining o'zgaruvchanligi, uning quvvat manbaining beqarorligi va o'lchash pallasining kuchaytirilishining siljishi ikki nurli tizim yordamida yo'q qilinadi, bunda mutlaq qiymat emas. yutuvchi modda orqali o'tadigan yorug'likning intensivligi o'lchanadi, lekin uning shaffof manbaning yorug'lik intensivligiga nisbati.
Juda ko'p sonli ilovalarda fotosellar ularning o'lchash xususiyatlariga qat'iy talablar qo'ymaydi. Shu sababli, ichki fotoelektrik effekt asosida ishlaydigan fotoelementlar kichik o'lchamlari, past kuchlanish kuchlanishlari va bir qator dizayn afzalliklari tufayli avtomatik tizimlar, boshqaruv tizimlari, quyosh energiyasini konversiyalash, ishlab chiqarishni boshqarish va boshqalar uchun keng qo'llaniladi. bu fotoelementlarning nisbatan past inertial xossalari ulardan foydalanishga xalaqit beradigan holatlar uchun. [1]

Adabiyotlar ro'yxati

1. Landsberg G.S. Optika. Proc. nafaqa. - 5-nashr. to'g'ri – M.: Fan. Fizika-matematika adabiyotining bosh nashri, 1976. - 928 b.

2.Godjaev N.M. Optika. Proc. universitetlar uchun nafaqa. - M .: "Oliy maktab", 1977. - 432 b.
3. Shpolskiy E.V. Atom fizikasi. 1-jild: Atom fizikasiga kirish. Qo'llanma. - 7-nashr. tuzatilgan – M.: Fan. Fizika-matematika adabiyotining bosh nashri, 1984. - 552 b.
4. Saveliev I.V. Umumiy fizika kursi: Proc. nafaqa. 3 jildda T. 3. Kvant optikasi. Atom fizikasi. Qattiq jismlar fizikasi. Atom yadrosi va elementar zarralar fizikasi. - 3-nashr. to'g'ri – M.: Nauka, Ch. ed. jismoniy - mat. lit., 1987. - 320 b.
5. Gershenzon E.M., Malov N.N., Mansurov A.N. Optika va atom fizikasi: Proc. talabalar uchun nafaqa. yuqoriroq ped. darslik muassasalar. - M .: "Akademiya" nashriyot markazi, 2000. - 408 b.