Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

такое тело обладает весьма малой (темновой) проводимостью. При облучении светом проводимость растет. Для внутренних переходов электрона бывают достаточны энергии в десятые доли электронвольта. Поэтому порог внутреннего фотоэффекта может лежать в далекой инфракрасной области.

Фотосопротивления широко используются для сигнализации и автоматики всюду, где нужно превратить в действие или зафикси­ ровать слабейшие изменения в интенсивности света.

§ 275. Запирающие слои

Граница металла и полупроводника, а также граница двух полу­ проводников может в ряде случаев обладать выпрямляющим дейст­ вием. Поскольку переход от одного тела к другому при их тесном контакте (сваривании, сплавлении) занимает хотя и очень тонкий, но все же конечный по толщине участок, принято говорить о за­

ветвь кривой называется пропускным током, левая — запирающим. Пропускной ток быстро растет с напряжением, запирающий — почти не меняется, остается все время крайне слабым.

Какое же направление тока является пропускным? Исследова­ ния показали, что на р — я-границе пропускной ток идет от дыроч­ ного полупроводника через границу к электронному. Это значит, что дырки стремятся к электронам и, наоборот, электроны продви­ гаются в сторону повышенной концентрации дырок. Запирающему току соответствует такое направление, при котором дырки и элект­ роны расходятся от границы.

Что же касается границы металл — полупроводник, то там, видимо, дело обстоит следующим образом. Если с металлом грани­ чит полупроводник дырочного типа (медь — закись меди), то про­

свободных электронов, в металле они имеются в избытке; электроны переходят из металла в полупроводник.

Свойства запирающих слоев нашли себе широкое применение в промышленности выпрямителей. Уже давно производятся купроксные выпрямители (медь — закись меди), селеновые выпрямители. В последнее время широкое применение получают крошечные вы­ прямители, сделанные из германия или кремния,— кристаллические диоды. Введением примесей в германий или кремний можно пре­ вратить его в проводник р-типа или я-типа. Кристаллический диод представляет собой маленький кристаллик германия (кремния), одна часть которого содержит примеси акцепторного типа, а дру­ гая — примеси донорного типа.

Интересны также кристаллические триоды, представляющие собой полупроводящую систему типа р — п — р или я — р — я. Если к трем участкам этого крошечного триода (размеры кристал­ лических «ламп» порядка сантиметра) припаять три провода, то такую систему можно включать в цепь для тех же целей, что и трех-

лось два запирающих слоя, включенных друг навстречу другу.

товления фотоэлементов, работающих без источника напряжения. Если на поверхность полупроводника нанесен тонкий слой металла, то создается запирающий слой. Слой металла может быть настолько тонким, что свет свободно пройдет через него. Под действием про­ шедшего сквозь металл света в полупроводнике происходит внутрен­ ний фотоэффект. Ввиду наличия запирающего слоя освободившиеся электроны вынуждены начать направленное движение. Замкнув цепь, мы получим электрический ток.

На этом принципе могут быть изготовлены меднозакисные и се­ леновые фотоэлементы. У нас с успехом применяются отечественные сернисто-таллиевые фотоэлементы, дающие ток короткого замыкания порядка 10 ООО микроампер на люмен. Фотоэлементы такого типа обладают коэффициентом полезного действия превращения световой энергии в электрическую порядка 1 %. И здесь существенный пере­ ворот вносят запирающие р — n-слои из кремния и германия. Они позволяют изготовлять фотоэлементы с коэффициентом полезного действия порядка 10%. Открытие этой новой возможности делает вполне реальной задачу технического использования солнечной энергии.

§ 276. Контактная разность потенциалов

Если металлические или полупроводниковые тела приведены в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной. Для того чтобы измерить эту величину, надо создать тесный контакт между двумя телами вдоль некоторой поверхности (спаять, сварить, пришлифовать, обеспечив отсутствие

ипосторонних включений, окисных

величины контактная разность потенциалов между двумя телами равна десятым долям вольта.

Необходимость существования контактной разности потенциа­ лов вполне очевидна — она должна возникать, если только работа выхода электронов у соприкасающихся тел различна. Напомним, что работа выхода А — это существующая при температуре аб­ солютного нуля разность между энергией электрона на самом высо­ ком уровне внутри металла W и энергией электрона, вышедшего за пределы металла с нулевой кинетической энергией.

Распределение электронов по энергиям у двух приведенных в со­ прикосновение твердых тел можно изобразить схемой (рис. 308). Верхний уровень одинаков для всех тел. Электроны тела, у которого работа выхода меньше, расположены на более высоком энергети­ ческом уровне. Таким образом создаются условия для перехода электронов из первого тела во второе. Этот переход сопровождается образованием положительного заряда на первом теле и отрицатель­ ного — на втором. В месте контакта возникнет электрическое поле, которое будет препятствовать переходу электронов. В конце концов установится равновесие; оно будет осуществляться при строго опре­ деленной разности потенциалов, характерной для данной пары ме­ таллов.