Вътрешен и външен фотоелектричен ефект
Вътрешен фотоефект
Потокът от фотони не може да се разглежда като непрекъснат поток. Това епоток от отделни порции енергия - кванти.
Когато полупроводник бъде облъчен с такъв поток, фотоните предават енергията си на валентните електрони, освобождавайки ги от ковалентни връзки. Ако тази енергия надвиши забранената зона, тогава електроните ще могат да преминат от SC към CB, т.е. Ще възникнефотогенериране (нарича се ощевътрешен фотоелектричен ефект ).
Фотогенерирането е процесът на образуване на двойки електрон + дупка в полупроводник по време на неговото електромагнитно облъчване.
NSs в резултат на фотогенерация увеличават проводимостта на полупроводника. Проводимостта, причинена от действието на фотоните, се наричафотопроводимост.
Нека разгледаме нашия собствен полупроводник:
Whv
Ө ни Ө нФ
Wp
поколение фотогенерацияW
Wв
Өпи Ө пф
∆W е забранената зона;
pi, ni са концентрациите на дупки и електрони, образувани в процеса на генериране;
pf, nf са концентрациите на дупки и електрони, образувани в процеса на фотогенериране.
В металите явлението фотопроводимост отсъства, т.к. те имат огромна концентрация на свободни електрони (N 10 22 1/cm 3 ) и не могат да се увеличат забележимо под действието на облъчване.
Външен фотоефект
Външен фотоелектричен ефект е появата на фото-ЕМП в p-n преход по време на неговото електромагнитно облъчване.
pn
ОНЗ Ө ОНЗ
+ -
+ ННЗ Ө -
+ EVN NNZ -
+ -
Потокът от фотони, падащ върху p-n прехода, предизвиква фотогенериране на двойки носители на заряд, т.е. възниквавътрешният фотоелектричен ефект.Образуваните в този случай носители на заряд започват да се движат под действието на вътрешното поле EVN: дупките се движат по посока на полето, а електроните се движат срещу него. В резултат на това движение в p-областта се натрупват положителни заряди, а в n-областта се натрупват отрицателни заряди. Има потенциална разлика. Ако към такъв преход се свърже микроволтметър, устройството ще покаже някакво напрежение, което е фото-ЕМП.
Фото-ЕМП е потенциалната разлика в резултат на разделянето на носители на заряд от вътрешното поле на прехода, образуван поради електромагнитното излъчване на прехода.
Пиезо ефект
Пиезоелектричният ефект е открит от братята Кюри през 1880 г. Пиезоелектричният ефект може да бъде директен и обратен.
Пряк пиезоелектричен ефект е процесът на образуване на еднакви, но противоположни по знак електрически заряди върху противоположните страни на някои кристални тела, наречени пиезоелектрици, под налягане върху тези тела.
Ако променим посоката на деформация, т.е. не компресирайте, а разтегнете пиезоелектрика, тогава зарядите на лицата ще променят знака на противоположния. Пиезоелектриците включват кварц, Рошелска сол, бариев титанат и др.
Обратният пиезоелектричен ефект е процес на компресия или разширение на пиезоелектричен материал под действието на електрическо поле, в зависимост от посоката на вектора на напрегнатост на полето.
За практически цели се използват пиезоелектрици с различни форми: правоъгълни или кръгли плочи, цилиндри, пръстени. Пиезоелектричният елемент се поставя между метални плочи или метални филми се нанасят върху противоположните страни на пиезоелектричния елемент. Така се получава кондензатор с пиезоелектричен диелектрик.
Ако към такъв пиезоелектричен елемент се приложи променливо напрежение, тогава пиезоелектричният елемент поради обратния пиезоелектричен ефектще се свиват и разширяват, т.е. правят механични вибрации. В този случай енергията на електрическите вибрации се преобразува в енергията на механичните вибрации с честота, равна на честотата на приложеното променливо напрежение. Тъй като пиезоелектричният елемент има своя собствена честота на механични вибрации, е възможно резонансно явление, когато честотата на приложеното напрежение съвпада с естествената честота на вибрациите на плочата. В този случай се получава максимална амплитуда на трептенията на пиезоелектричната плоча.
Ако върху пиезоелектричния елемент се въздейства механично с определена честота, тогава възниква променливо напрежение със същата честота. В този случай механичната енергия се преобразува в електрическа и пиезоелектричният елемент се превръща в генератор на променлива ЕМП. По този начин можем да кажем, че пиезоелектричният елемент е осцилаторна система с електромеханични вибрации.
Въз основа на пиезоелектричния ефект работи кварцов резонатор, съдържащ кварцов елемент, електроди и кварцови държачи, поставени в запечатан метален или стъклен контейнер.
Еквивалентна схема на кварцов резонатор:
L, C, R са параметрите на елемента кварц. Индуктивността L отразява инерционните свойства на кварцовата пластмаса, C характеризира нейните еластични свойства и активно съпротивление, R е съпротивлението на загуба. Co е паразитният междуелектроден капацитет.
Както се вижда от еквивалентната схема, кварцовият резонатор има два резонанса: сериен (честотата на който зависи от параметрите на резонатора L и C) и паралелен (честотата на който зависи от паразитния междуелектроден капацитет Co). Серийната резонансна честота е по-стабилна от паралелната резонансна честота. На практика се използват и двата вида резонанс.
Кварцовите резонатори успешно работят в честотната лента от 70 Hzдо десетки MHz. Те са базирани на кристални осцилатори, осигуряващивисока точност и стабилност на честотата.