Фотоэлектронные приборы

24.1.12 

Фотоэлектронные приборы 

Выполнила: Афонина Анастасия

Студентка 2 курса технологического отделения,

Группа  ТМ-09 
 

24.1.12 

Весьма  важная роль, которую фотоэлектронные  приборы играют в современной  технике и в научных исследованиях, предопределила их интенсивное развитие, начавшееся в  тридцатых годах  двадцатого столетия и непрерывно продолжающееся в нарастающем  темпе вплоть до настоящего времени. В последние  годы в этой области достигнут  ряд  существенных успехов.

24.1.12 

Классификация фотоэлектронных  приборов 

 Действие  фотоэлектронных приборов основано на явлении фотоэффекта. Известны следующие  виды фотоэффекта:

• Внешний фотоэффект, или эмиссия электронов из тела в вакуум под действием поглощенного телом электро­магнитного излучения.
• Внутренний фотоэффект, или оптические переходы электронов внутри полупроводника из связанных состояний в свободные без выхода наружу.

24.1.12 

История развития учения о фотоэлектричестве  и создания фотоэлектронных приборов насчитывает более 100 лет. Еще в 1839 г. А. Беккерель впервые обнаружил  образование фото-э. д. с. на контактах  разнородных материалов. К 1873 г. относятся  первые сообщения о зависимости  сопротивления селена от освещения. В 1875 г. был построен первый селеновый  фотоэлемент, использующий это свойство, а в 1876 г. — первый селеновый фотоэлемент  с запирающим слоем. 

Внешний фотоэффект был впервые обнаружен  Г. Герцем в 1887 г. 

В 1888 г. были выполнены фундаментальные  работы А. Г. Столетова по исследованию фотоэмиссии и сформулированы основные законы внешнего фотоэффекта.

24.1.12 

Фотокатоды 

Фотоэлементы  с внешним фотоэффектом представляют собой вакуумные диоды с фотокатодом  — электродом, поверхность которого эмитирует электроны под действием  излучения, — и анодом — коллектором  электронов. 

Фотоэлектронная эмиссия — явление объемное, и  величина фототока определяется не всем падающим на поверхность световым потоком, а количеством лучистой энергии, поглощенной в той части фоточувствительного  слоя, из которой могут эмитировать  электроны. Следовательно, чувствительность фотокатода изменяется при изменении  его толщины и направления  падения на него светового потока.

24.1.12 

Фотоэлектронные умножители 

Во  многих случаях при регистрации  очень слабых световых сигналов величины фототоков даже самых чувствительных фотокатодов оказываются недостаточными для срабатывания регистрирующих устройств. В этих случаях в анодную цепь фотоэлемента приходится ставить специальные  ламповые усилители.

Измерительную установку можно значительно  упростить, если воспользоваться способом усиления слабых фототоков с помощью  группы вторично-эмиссионных катодов, называемых эмиттерами), каждый из которых  в несколько раз увеличивает  первичный фототок. Такой вакуумный  прибор, являющийся комбинацией фотоэлемента и усилителя слабых токов, называют фотоэлектронным умножителем или  сокращенно ФЭУ.

Советский Союз по праву считают родиной  многокаскадных ФЭУ. Советский инженер  Л. А. Кубецкий в 1934 г. впервые создал многокаскадный умножитель с коэффициентом  усиления, большим 103 (трубка Кубецкого). 

24.1.12 

Л. А. Кубецкий

24.1.12 

Фотосопротивления 

Наверху — схема конструкции селенового фотосопротивления: 1 — селен; 2 —  штырьки на стекле; 3 — электроды  Внизу — внешний вид фотосопротивлений,выпускаемых

отечественной промышленностью. 

Фотосопротивление является фотоэлектрическим прибором с внутренним фотоэффектом. Явление  внутреннего фотоэффекта состоит  в том, что при освещении некоторых  полупроводников в них увеличивается  число свободных электронов, а  так как проводимость полупроводников  очень мала, то появление дополнительных свободных электронов ведет к  повышению проводимости и, следовательно, к уменьшению их сопротивления. По существу фотосопротивление — это обычное  сопротивление, меняющее свою величину в зависимости от степени освещенности.

В отличие  от фотоэлементов постоянного напряжения питания для фотосопротивлений  не нужно, они могут работать в  цепях как постоянного, так и  переменного тока.

24.1.12 

Фотодиоды 

Фотоэлементы  на основе электронно-дырочных переходов  могут работать и в принципиально  ином режиме, а именно при значительных напряжениях, приложенных к переходу в обратном (запорном) направлении. Этот режим, в отличие от режима работы без внешнего напряжения (вентильного  режима), называют фотодиодным, а приборы, работающие в фотодиодном режиме—фотодиодами. 
 

Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Φ —  поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; RH — нагрузка.

24.1.12 

Устройство  фотодиода показано на рис. 7.1, а схема  его включения — на рис. 7.2. Принцип  работы фотодиода состоит в следующем. Если фотодиод не освещен, то при подаче на р — n-переход обратного напряжения через переход протекает сравнительно небольшой ток, обусловленный главным  образом неосновными носителями — электронами в р-области  и дырками в n-области полупроводника.

При освещении n-области фотодиода, которую назовем  базой, у ее поверхности возникают  пары электрон — дырка. Дырки, возникшие  вблизи поверхности n-области, диффундируют вглубь и, будучи неосновными носителями тока для этой области, подойдя к  р—n-переходу, увлекаются полем перехода в р-область. Рост тока неосновных носителей  из n-области в р-область под  действием света вызывает добавочное падение напряжения на сопротивлении  нагрузки Ru (см. рис. 7.2).

Для того чтобы дырки, возникшие у поверхности n-полупроводника, могли дойти до р—n-перехода, толщина n-области (толщина  базы) должна быть меньше диффузионной длины дырок в ней. Иначе дырки, двигаясь к р — n-перехода, успеют рекомбинировать с электронами и до р — n-перехода не дойдут.

24.1.12

24.1.12 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  

  Фотоэлектронные приборы - электровакуумные или полупроводниковые приборы:

-  преобразующие энергию электромагнитного  излучения оптического диапазона  в электрическую: фотоэлементы,  фотоэлектронные умножители, передающие  электронно-лучевые приборы и  др.;  или 

-  преобразующие изображения в  невидимых лучах в видимые  изображения: электронно-оптические  преобразователи и др. 

Рентгеновский фотоэлектронный спектрометр