ref-15122 (Физические основы работы лазерного принтера), страница 5

Таким образом, одиночный p-n-переход может служить выпрямителем, пропускающим ток в одном направлении и не пропускающим в противоположном. В прямом направлении возможны очень большие токи при напряжении менее 1 В; в обратном же направлении при напряжениях ниже пробивного возможны лишь токи порядка пикоампера (10–12А). Мощные выпрямители могут работать при токах порядка 5000 А, тогда как в устройствах для управления сигнальными токами токи обычно не превышают нескольких миллиампер.

Пример использования p-n-перехода – транзистор.

Рис. 5. ТРАНЗИСТОР С p-n-ПЕРЕХОДОМ типа npn. Показаны эмиттер, коллектор и база. Толщина p-слоя си

льно увеличена. Транзисторы такого типа применяются в качестве усилителей.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ [3] [6]

Явление испускания электронов веществом под действием света. Было открыто в 1887 Г.Герцем, обнаружившим, что искровой разряд в воздушном промежутке легче возникает при наличии поблизости другого искрового разряда. Герц экспериментально показал, что это связано с ультрафиолетовым излучением второго разряда. В 1889 Дж.Томсон и Ф.Ленард установили, что при освещении поверхности металла в откачанном сосуде она испускает электроны. Продолжая эти исследования, Ленард продемонстрировал в 1902, что число электронов, вылетающих в 1 с с поверхности металла, пропорционально интенсивности света, тогда как их энергия зависит лишь от световой длины волны, т.е. цвета. Оба эти факта противоречили выводам теории Максвелла о механизме испускания и поглощения света. Согласно этой теории, интенсивность света служит мерой его энергии и, конечно, должна влиять на энергию испускаемых электронов В 1905 А.Эйнштейн, основываясь на более ранней работе М.Планка, посвященной тепловому излучению, выдвинул гипотезу, согласно которой поведение света в определенных отношениях сходно с поведением облака частиц, энергия каждой из которых пропорциональна частоте света. Позднее эти частицы были названы фотонами. Их энергия (квант энергии, согласно Планку и Эйнштейну) дается формулой Е = hn, где h – универсальная постоянная, впервые введенная Планком и названная его именем, а n – частота света. Эта гипотеза хорошо объясняет результаты опытов Ленарда: если каждый фотон в результате столкновения выбивает один электрон, то более интенсивному свету данной частоты соответствует большее число фотонов и такой свет будет выбивать больше электронов; однако энергия каждого их них остается прежней.

Эйнштейн высказал предположение, что электроны, выходя с поверхности металла, теряют определенную энергию W, называемую работой выхода. Кроме того, большинство электронов передает часть своей энергии окружающим электронам. Таким образом, максимальная энергия фотоэлектрона, выбиваемого фотоном данной частоты, описывается выражением Емакс = hn – W, где W – величина, зависящая от природы металла и состояния его поверхности. Этот закон получил надежное экспериментальное подтверждение, особенно в опытах Р.Милликена в 1916. За работы в области фотоэффекта Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия по физике за 1922.

При определенных условиях фотоэффект возможен в газах и атомных ядрах, из которых фотоны с достаточно высокой энергией могут выбивать протоны и рождать мезоны. Фотоэлектрические свойства поверхности металла широко используются для управления электрическим током посредством светового пучка, при воспроизведении звука со звуковой дорожки кинопленки, а также в многочисленных приборах контроля, счета и сортировки. Фотоэлементы находят применение также в светотехнике.

При облучении полупроводников светом в них можно возбудить проводимость. Фототок с энергией h большей или равной ширине запрещенной зоны W_o переводит электроны из валентной зоны в зону проводимости. Образующаяся при этом пара электрон-дырка является свободной и участвует в создании проводимости. На рисунке показана схема образования фотоносителей в собственном, донорном и акцепторном полупроводниках. Таким образом, если h < W_o - для собственных полупроводников, h < W_п - для примесных полупроводников, то появляются добавочные носители тока и проводимость повышается. Эта добавочная проводимость называется фотопроводимостью. Основная проводимость, обусловленная тепловым возбуждением носителей тока называется темновой проводимостью. Из приведенных формул можно определить минимальную частоту _о или максимальную длину волны _о, при которой свет возбуждает фотопроводимость

Операция проявления скрытого изображения состоит в том, что на экспонированную поверхность осаждают мельчайшие частицы красителя, несущие заряд, противоположный по знаку заряду изображения. Участки слоя, подвергшиеся меньшему освещению, притягивают большее количество порошка. Сильно засвеченные участки порошок не притягивают. При таком методе⁴ проявления получается позитивное изображение.

1 Ксерографический процесс был изобретен американским инженером Честером Карлсоном в 1938 г. В ноябре 1940 г. он получил патент на свое изобретение. В 1947 г. американская компания "Халоид Компани" купила данное изобретение для разработки первого копировального аппарата, который и был произведен в 1950 г. В последствии эта компания несколько раз преобразовывалась и в настоящее время мы знаем ее под названием Xerox.

2 Коронирующий разряд - это газовый разряд, наблюдаемый в близи заострённых участков проводника, несущего большой электрический заряд. При такой большой напряжённости поля ионизация посредством электронного удара происходит при атмосферном давлении.

3 Лазер - слово «лазер» составлено из первых букв английских слов, входящих в выражение «Light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе означает «усиление света вынужденным излучением». Первый лазер на кристалле рубина был создан американским физиком Т. Мейманом в 1960 г.

4 Метод - этот способ получения изображений был назван ксерографией, так как “ксерокс” по-гречески означает “сухой”, т. е. сухое проявление. Различные модификации этого метода широкого применяются в множительной технике.

28