1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 142
Текст из файла (страница 142)
Фотоэлектрические явления в неметаллах рассматриваются в казанных ботах общего ха из кото ы х о щего характера и многочисленных журнальных т, х статьях, сот ь р х особый интерес представляют статьи Лп ь рудников в Исследовательской лаборатории «Дженерал электрик». а. Общие замечания. В отношении внешнего фотоэффекта наибольший интерес для нас представляет квантовый вььход у,, который равен среднему числу внешних фотоэлектронов, приходящихся на один квант падающего излучения. Число фото- электронов, испускаемых за единицу времени единицей поверхности данного материала, пропорционально числу фотонов, падаьощих на поверхность в единицу времени. Следовательно, квантовый выход не зависит от интенсивности излучения. Максимальная кинетическая энергия выбиваемы ..
ь х электронов также пе зависит от интенсивности. Основываясь на этом, Эйнштейн ) вывел свой знаменитый закон фотоэмиссии, в котором максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов выражается через энергию квантов падающего излучешья и работу выхода поверхности: Квантовый выход зависит от частоты и угла падения излучения и, конечно„от природы материала мишени и состояния ее поверхности. Выход моькет также зависеть от направления поляризации излучения, особенно тогда, когда основная часть 'Ь О ь, аавткнер, 1ЬЬЬЬ, ЬЩ. ььадаьощего излучения поглощается вблизи поверхности мишени. В некоторых случаях для поляризованного излучения с электрическим вектором, лежащим в плоскости падения, выход более чем в 10 раз превышает выход для поляризовашюго излучения с электрическим вектором, перпендикулярным плоскости падения, т.
е. параллельным поверхности. Для чистых хьетььзыьав квантовый выход составляет всего лишь 10 ' — 1О-' электрон!фотон в видимой и в кварцевой ультрафиолетовой области спектра (от 7000 до 1800Л). Некоторые друпье материалы дают и этой области спектра значительно болыпни выход. Например, для полупроводника СвзЗЬ максимальный выход прп длине волны 3600 Л равен 0,25 элекгрон7фотон.
Малый выход металлов в длинповолновой области спектра отчасти объясняется тем, что значительная доля падающего на пих излучения отражается от поверхности. Другая причина в том, что фотон не может передавать свою энергию совершенно свободному электрону, поскольку при таком процессе не могут одновременно вььполпяться законы сохранения и энергии, и импульса. Если элшлрои связан в атоме, то другие электроны атома могут обеспечить необходимое перераспределение импульса, ио в металле электроны проводимости в какой-то мере свободны и поэтому с трудом возбуждшотся падакнцими фотонами Прьь малых длинах волн отражательная способность металлических поверхностей мала п фотоны энергетически способны возбуждать сильно связанные электроны.
Этим и объясняется высокий выход (от 10 ' до 10 ' электуонЬфотон), наблюдаемый в крайней ультрафиолетовой области. Внешний фотоэффект в некоторых отношениях аналогичен втори пюй эмиссии, Оба процесса рассматриваются как состоящие из двух стадий; возбуждения электронов и их наследующего выхода через поверхностньш барьер. В обоих процессах электроны могут возбуждаться либо вблизи поверхности, либо на глубине около !00 Л внутри тела.
Гслн возбуждение производится глубоко внутри мишени, то электроны испьпывают много столкновений при диффузии в теле, и только те пз ппх, которые достигают поверхности, обладая достаточной энергией и соответственно паправлеьшыльи скоростями, могут вылететь нз мшпени. Гслп даже падшощее излучение (корпускулярное или электромагнитное) может правика".'ь в мшпень на значительно болыпую глубину, чем указанная выше вглубпна максималььюго выхода», очень мало вторичных электронов или фотозлектропов, возникаьощих па большей глубине, способно преодолеть поверхностный барьер, даьке если им удается достигнуть поверхности.
Гллвл 1з 7'8 поывгхно. тиыс яьл вшя с е яви вчв мв вдв в:","1 41;: !5 2О 25 -2 -5 е и Р 5 Ю в 48" б. Порог фотоэффекта и определении работы выхода. Злек чрончи в металле под шпяются энергетическому риспределепиич Ферми — Лирака (!08, 1091. Наивысший занятии уровеньпри 0" К называется уровнем Ферми ири температуре абсолютного нуля Ег(0), который лежит на 2 Т зи выше дна зоны проводимости (см. фиг.
13.2.1). Работа выхода пз металла равна энергии, которую нужно затратить, чтобы удалить из металла электрон имевший первоначально энергию Ег(0). Таким образом, работа выхода гр равна разности между Ег(0) и энергией покоящегося электрона впе металла. Поэтому порог фотоэффекта равен ер эи, так как фотоны меныпей энергии не могут создавать фотозлектроны. Когда температура становится вьппе абсолютного нуля, энергия Ферми немного понижается до значения и27 у7 Е. = Е. (0) 11 — — '-( — --,--) 1. (13.4.2) В этом случае уровень Ферми уже пе соответствует резкому спаду функции распределения по энергии и не поддается простой физической интерпретации.
При Т>0' К уровень Ег — это просто тот уровень эпергин, для которого вероятность оказаться занятым равна 1/2. Когда температура становится вьппе 0' К, то некоторая малая доля электронов больших эперпш имеет энергии выше первоначального влаксвимальпого значения Еи(0), по лишь очень малое число электронов имеет эпергпп, превосходящие Ел(0) или Еи более чем на 4!гТ, что составляет всего лишь 0,1 эз при комнатной температуре.
(Распределение электронов таково, что прп изменении энергии от Ея — — ЖТ до Еи+ +4АТ плотность электронов уменьшается от 99 до [ее от максимального значения.) Мы видим, что при ненулевых температурах порог фотоэффекта определен не резко, но наблюдаемьш фототок быстро уменьшается до нуля, когда энергия падающих фотонов уменьшается ниже ср эз. Теория внешнего фотоэффекта, предложенная Фаулером [! 10, !04), позволяет привести данные, полученные при определенных температурах, к абсолютному нулю и получить таким образом точныс значения работы выхода. Фаулер вывел следующее выражение для фототока У: К ==- СТТ т (13.4.3) Здесь С вЂ” константа, зависящая от свойств твердого тела, ч" —.
ннтенсивность падающего излучения п те — пороговая частота, оп[чеделяемая соотношением йч;,=-ви Ея — -ер, (13,4.4) где ге — вьюота поверхностного барьера над дном зоны прово димости (см. фпг. 13.2.1). Обозначим аргумент функции у через х; у(х) -- универсалышя функция, которую Фаулер представил в виде ряда и составил таблицу ее значений в зависимости отх.
Многочисленные измерсшш показали, что выраэке1п1е (13.43) Ф и г. 134.!. Фотоэлектронная эмиссия плллалия при восьми различных зиачсииях теиисрзтуры (график Фвулерв [149]. дает правпльччучо зависимость выхода вблизи порога от температуры и частоты. Для анализа экспериментальных данныхвыраженпе (13.4.3) удобно записать в форме К-Т вЂ” — -'[л (1 3.4.5) Графическая завиш|мость !911Т2 от х называется графиком Фаулгра. Пример такого граФика дап на фиг. 13.4.1.
Заметим, что У/Те — универсальная функция х. Если экспериментальные даннвяе для постоянного г изобразич'ь в виде графика, выражачощего зависимость [К У/Т' от Ьъ!ЕТ, то горпзонталыюе смещение, необходимое для того, чтобы экспериментальная кривая совпала с теоретической„даст величину Лтв/АТ и, следовательно, порог фотоэффекта. Определяемая таким образом порошковая частота — это минимальная частота, при которой может происходичь фотоэмнсспя, если температуру твердого тела понизить от уровня, прп котором производились измерения, до абсолютного нуля, не изменяя ее или Ег.
При абсолютновч нуле существует исчипный порог, и прп возрастании частоты выше порогового значения выход растет по парабоие. Полученные из графиков Фаулера значения работ выхода собраны в рабоче гланд !з Е оп 10 е РО з !О- «3 !О 3 б 7 б 5 б 3 2 нп зн Фиг. 13.4.3. Спентрзльпыс характеристики различных материалов !131Р Кривая ! — планюаг кривая 2 — бсриллиевзя бронза после одвокрагпого окисления; криоав 3-берилла«вая бронза после второго окнглсния; кривая Л- фгарид героини»; крп вая 2 †«едь, обрабоганнаа иовом Щи!!.
о!Об -з — Л, А 2 гбп 2255 1380 1!27 953 10 г,о 50 55 бо ам зн 15 е 1,0 з н с" 0,5 4,0 45 5,0 55 5 !ОП 1213 ни, вз Ф и г. 13.4А. Квагповый выход фотозмнссин на г11, Сд и дп 1152 РОЗР ° наййва В" ейсслера 11021, где онп длп большого числа различных мета,!. лов сопоставлены со зиачепипмп, полученными пз данных по терб1оэлектронной эмиссии Теории Фа лера неприменима или определении работ выхода полупроводников и д!щлектрпков. 11 г Фиг. 13А.2. Спектральные характеристики платины, т вблизи порога ~1щ Сплин«паз кривая лля олзгини вн«нелепа по теории Фа>лера.
Рабств змлода асса грек нсслелованиих здесь з лсриалов одинакова в раюм стала. в. Спектральное распределение. Ллн большинства металлов порог фотоэффекта лежит примерно при 4 зв н максимум кривой спектрального распределения обычно оказыьаетси в сравнительно малодоступной области ультрафиолетового спектра. У щелочных же и щелочно-земельных металлов низкий порп! и нх максимумы лежат при достаточно низких частотах длн того, чтобы можно было легко получить кривые спектрального распределении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
