XVIII. Кино 40 страница. При поглощении излучения свободными носителями заряда в полупроводнике вместе с энергией фотонов поглощается их импульс

При поглощении излучения свободными носителями заряда в полупроводнике вместе с энергией фотонов поглощается их импульс. В результате электроны приобретают направленное движение относительно кристаллич. решётки и па гранях кристалла, перпендикулярных потоку излучения, появляется Ф. светового давления. Она мала, но вместе с тем очень мала и её инерционность (порядка 10^-11 сек). Ф. светового давления используется в быстродействующих приёмниках излучений, предназначенных для измерения мощности и формы импульсов излучения лазеров.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Тауц Ян, Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Фотопроводимость. Сб. ст., М., 1967. Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗВЁЗДНАЯ ВЕЛИЧИНА, см. Звёздная величина.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, определение химич. состава примесей в полупроводниках и изучение их энергетической структуры по спектрам примесной фотопроводимости. Примесный атом в полупроводнике может находиться в основном (невозбуждённом) или одном из возбуждённых энерге-тич. состояний. Спектр этих состояний специфичен для каждого химич. элемента примеси в данном полупроводнике. Если облучать полупроводник монохро-матич. излучением, плавно изменяя частоту со, т. е. энергию фотонов Йсо (где h- Планка постоянная), то всякий раз, когда hw будет совпадать с энергетич. зазором между основным и одним из возбуждённых состояний, атом примеси соответствующего сорта будет переходить в это возбуждённое состояние, поглощая фотон. Можно подобрать темп-ру кристалла так, что энергия его тепловых колебаний окажется достаточной для ионизации возбуждённого атома (но недостаточной для ионизации невозбуждённого атома). Тогда будет происходить двухступенчатая фототермич. ионизация примесных атомов: сначала оптич. возбуждение, а затем термич. ионизация. Её результатом является выброс электрона или дырки из атома примеси в зону проводимости и соответственно - фотопроводимость.

Спектр примесной фотопроводимости состоит из набора пиков, каждый из к-рых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определ. сорта (см. рис.). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые кол-ва примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10^-11 % от общего числа атомов. Теоретич. предел чувствительности Ф. с. ещё на несколько порядков ниже.

Лит.: Лифшиц Т. М., Лихтман

Н. П., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия примесей в полупроводниках, " Письма в редакцию ЖЭТФ", 1968, т. 7, в. 3, с. 111-14; Коган Ш. М., Седунов Б. И., Фототермическая ионизация примесного центра в кристалле, " Физика твердого тела", 1966, т. 8, в. 8, с. 2382-89; Быкова Е. М., Лифшиц Т. М., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия, полный качественный анализ остаточных примесей в полупроводнике, " Физика и техника полупроводников", 1973, т. 7, № 5, с. 986-88; Коgan Sh. M., Lifshits,

Т. М., Photoelectric Spectroscopy - a new Method of Analysis or Impurities in Semiconductors, " Physica status solidi (a)", 1977, 39, № 1, p. 11. Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, электрич. явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отд. порциями - квантами (фотонами), равными Йсо (И- Планка постоянная, w - частота излучения). Ф. я. возникают, когда энергия поглощённого фотона затрачивается на квантовый переход электрона в состояние с большей энергией. В зависимости от соотношения между энергией фотонов и характерными энергиями вещества (энергией возбуждения атомов и молекул, энергией их ионизации, работой выхода электронов из твёрдого тела и т. п.) поглощение электромагнитного излучения может вызывать разные Ф. я. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости вещества (фотодиэлектрический эффект). Если энергия фотона достаточна для образования неравновесных носителей заряда в твёрдом теле - электронов проводимости и дырок, то изменяется электропроводность тела (см. Фотопроводимость). В неоднородных телах, напр/ в полупроводниках с неоднородным распределением примесей, в частности в области электронно-дырочного перехода, вблизи контакта двух разнородных полупроводников (см. Полупроводниковый гетеропереход), контакта полупроводник - металл, или при неоднородном облучении, а также в полупроводниках, помещённых в магнитное поле, возникает электродвижущая сила (см. Фотоэдс, Кикоина - Носкова эффект). Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см. Подвижность носителей тока).

Если Йсо достаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда эта энергия поглощается электронами жидкости или твёрдого тела, если последние могут достичь поверхности тела и, преодолев существующий на ней потенциальный барьер, выйти в вакуум или др. среду, то возникает фотоэлектронная эмиссия. Фотоэлектронную эмиссию часто наз. внешним фотоэффектом. В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином фотоэффект внутренний.

Следует отличать Ф. я. от электрич. явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллич. решёткой - с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется нек-рое время после поглощения фотона, в течение к-рого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (напр., передаётся кристаллич. решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой темп-ре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внеш. признакам аналогичные Ф. я.: болометрич. эффект (изменение электропроводности), пироэлектрич. эффект (см. Пироэлектрики), термоэлектронная эмиссия, термоэдс и др. термоэлектрические явления.

В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. Теплоёмкость же кристаллич. решётки тел очень велика по сравнению с теплоёмкостью " газа" электронов проводимости. Вследствие этого в телах не очень малых размеров Ф. я. возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, к-рая необходима для наблюдения термоэлек-трич. явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термо-электрич. явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.

В металлах из-за очень высокой элек -тропроводности внутр. фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Панков Ж., Оптические процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1973; Соммер А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973. Г. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, устройство, непосредственно преобразующее энергию оптич. излучения в электрическую на основе явления фотоэффекта внутреннего в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации (см. Солнечная батарея), инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).

Обычно Ф. г. конструктивно выполняют в виде плоской панели, собранной из отд. фотоэлементов, причём толщина полупроводника не превышает 0, 2- 0, 3 мм. Кпд серийно выпускаемых Ф. г. 10-12%, у лучших образцов он достигает 15-18%. Ф. г. способны преобразовывать энергию излучения сверхвысокой плотности до неск. квт/см². Отд. элементы Ф. г. могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно; при этом от генератора можно получать соответственно малые токи при большом напряжении (до неск. кв) или большие токи (до неск. сотен а) при малом напряжении.

Достоинства Ф. г.- портативность, практически неогранич. срок службы и хранения, отсутствие движущихся частей, простота обслуживания, отсутствие вредных для окружающей среды выделений; их недостаток - относительно высокая стоимость. Ф. г. используют в качестве автономных источников энергопитания аппаратуры космич. летат. аппаратов, радиоприёмников и приёмно-передающих радиостанций, маяков и навигац. указателей, устройств антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов и т. п. Разработаны проекты создания солнечных электростанций большой мощности на основе Ф. г., снабжённых концентраторами солнечного излучения.

Лит.: Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи, М., 1971. М. М. Колтун.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИД в астрономии, вспомогательное фотоэлектрич. устройство, автоматически выполняющее гидирование телескопа. Ф. г. автоматически удерживает в поле зрения телескопа наблюдаемое небесное светило, движущееся вследствие видимого суточного вращения небесной сферы или реального его движения относительно звёзд.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, усилитель постоянного тока (напряжения), действие к-рого основано на увеличении тока в электрич. цепи при освещении включённого в неё светочувствит. элемента (фоторезистора, фотоэлемента). Ток в цепи светочувствит. элемента зависит от яркости источника света и от площади освещаемой поверхности светочувствит. элемента. Соответственно этому Ф. у. подразделяются на две группы: к первой относятся фото-электронакальные, фотоэлектролюминесцентные и фотоэлектрогазоразрядные Ф. у., применяемые в качестве фотоэлектрич. элементов автоматики для регулирования и регистрации различных процессов (рис., а, 6, в); во вторую входят фотоэлектрооптич. усилители (рис., г) и фотогальванометрические компенсационные усилители, используемые в качестве элементов точных электроизмерит. устройств.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР, см. в ст. Астрофотометр.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКСПОНОМЕТР, экспонометр, в к-ром яркость или освещённость объекта съёмки определяется при помощи фотоэлектрич. приёмников света (фотоприёмников) - фотоэлементов или фоторезисторов. Фотоприёмники включаются в цепь индикатора тока (обычно магнитоэлектрич. гальванометра стрелочного типа); при использовании фоторезистора в цепь дополнительно включают источник тока. Яркость или освещённость объекта съёмки оценивают по углу отклонения стрелки гальванометра, пропорциональному току в цепи фотоприёмника, а следовательно, и по величине светового потока, падающего на светоприёмную площадку фотоприёмника. Экспозиц. параметры определяют при помощи механич. калькулятора, на к-рый переносят показания стрелки гальванометра (измерителя). В Ф. э. индикатором тока может служить светоизлучающий диод (светодиод), включённый в диагональ мостовой цепи. В таких Ф. э. для определения экспозиц. параметров вращают движок переменного резистора, связанный с калькулятором, до тех пор, пока не наступают условия равновесия мостовой цепи (этот момент определяется по прекращению свечения светодиода). Нек-рые Ф. э. снабжены видоискателем, что позволяет одновременно со считыванием показаний наблюдать объект, яркость (освещённость) к-рого определяется. Конструктивно Ф. э. представляет собой портативный прибор, все основные узлы к-рого смонтированы внутри и снаружи пластмассового корпуса. Особую группу составляют Ф. э., встраиваемые в фото-и киносъёмочные аппараты. Механизм таких Ф. э. связан с механизмом установки диафрагмы, однако в ряде моделей фотографич. аппаратов встроенный Ф. э. является самостоят. прибором, калькулятор к-рого размещён на корпусе аппарата. С. В. Кулагин.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ АЭРОСЪЁМКА, съёмка местности с воздуха и из космоса сканирующей аппаратурой, к-рая позволяет принимать излучаемые и отражаемые объектами электромагнитные волны, усиливать их и преобразовывать электронно-оптич. путём в видимое изображение, а затем воспроизводить его с экрана преобразователя на фотоплёнке (движущейся с той же скоростью, что и носитель аппаратуры). При Ф. а. построение последоват. изображений осуществляется путём их развёртки: в поперечном направлении - за счёт работы сканирующего устройства, в продольном - за счёт движения носителя. Ф. а. может выполняться как в видимой части спектра, так и вне её пределов. Из практически применяемых видов Ф. а. (см. Аэрометоды) наибольшее значение приобрели инфратепловая и радиолокац. аэросъёмки. Каждая из них, как правило, требует своих условий и режимов съёмочных работ. Фотоэлектронные аэроснимки по общему облику изображения местности напоминают обычные аэрофотоснимки. Однако они воспроизводят не внеш. вид наземных объектов, а их тепловые свойства или характер отражения радиоволн, что позволяет использовать эти аэроснимки как источник дополнит. информации. Дешифрирование фотоэлектронных аэроснимков осуществляется на той же принципиальной основе, что и аэрофотоснимков, но в данном случае приходится иметь дело с менее детализированным изображением и учитывать значительно большее число природных и технич. факторов, предопределяющих особенности передачи тех или иных объектов.

Инфратепловая аэросъёмка (инфракрасная нефотографическая, ИК-термальная) относится к числу пассивных Ф. а. (т. е. без заданного импульса) и предназначена для регистрации собственного теплового излучения объектов местности в диапазоне длин волн 1, 2- 25 мкм. Из имеющихся в этом диапазоне неск. атмосферных " окон пропускания" тепловых лучей используются соответствующие интервалам 3, 4-4, 2 мкм для фиксации излучения от сильно нагретых тел и 8-12 мкм - от слабо нагретых. Сканирование в процессе инфратепловой Ф. а. ведётся перпендикулярно линии полёта, с помощью оптич. устройства, обеспечивающего большой угол обзора (порядка 60°). Совр. приборы для этой Ф. а., наз. аэросъёмочными тепловизо-рами, могут давать аэроснимки самых различных масштабов с геометрич. разрешением деталей на местности ок. 0, 001 от высоты съёмки и передачей температурных различий в 0, 5 - 1 °С. Поскольку тепловые контрасты на земной поверхности подвержены значит. изменениям - от сезона к сезону и в течение суток, в зависимости от экспозиции по отношению к солнцу и различий в тепловой инерции тел, работы искусств. источников тепла, а также от метеорологич. обстановки (особенно облачности), - для выявления свойств изучаемых объектов в ряде случаев целесообразна неоднократная (в т. ч. за пределами светового дня) инфратепловая Ф. а. одного и того же участка местности. Таким образом, высокая изменчивость регистрируемых величин, предопределяя значительные трудности при выборе параметров съёмки, вместе с тем даёт дополнительные возможности для воспроизведения объектов на аэроснимках. Данный вид съёмки эффективен при создании карт вулканич. деятельности (зон температурных аномалий, выходов лавы, нагретых газов и вод) и мерзлотных явлений, выделении увлажнённых грунтов, исследованиях температурного режима и загрязнённости водоёмов и характера мор. льдов, обнаружении водотоков, закрытых растительностью, оконтуривании мест возгорания под землёй и на поверхности (в отвалах, лесных массивах и др.), проверке энергосистем и дренажных сооружений, а также при периодич. контроле состояния посевов.

Радиолокационная (радарная) аэросъёмка относится к числу активных Ф. а. и предназначена для регистрации отражённых наземными объектами электромагнитных волн радиодиапазона (от неск. мм до неск. м), источником излучения и приёмником к-рых служит установленная на носителе радиолокац. система. В картографии наибольшее применение находит радиолокационная станция бокового обзора, работающая в интервале волн 1- З см. Сканирование ведётся с помощью особого антенного устройства и обеспечивает получение изображения местности в виде двух широких полос, параллельных линии полёта. Преобладающие масштабы радиолокац. аэроснимков (см. вклейку к ст. Аэроснимок) 1: 60 000- 1: 400 000. Наибольшее разрешение деталей на местности 3-5 м. Характер воспроизведения на этих аэроснимках наземных объектов определяется и различной интенсивностью отражения ими радиоволн, к-рая в свою очередь зависит от свойств и формы объектов, крутизны и направления склонов рельефа. Изменяя, с учётом этих особенностей, осн. параметры станций (длину волн, частоту и форму импульсов), добиваются требующегося разделения на аэроснимках изображений изучаемых объектов. Радиолокац. Ф. а. может выполняться вне зависимости от времени суток и состояния атмосферы, т. е. является всепогодной. Благодаря способности радиоволн проникать на десятки см в земную поверхность осн. сфера её применения - геологич. разведка и изучение льдов. Особенно существенно, что при этой аэросъёмке, по сравнению с обычной фотографической, обеспечивается значительно лучшая дешифрируемость разрывных тектонич. нарушений, характера горных пород под растительностью, снегом и поверхностными наносами, механич. состава (в особенности размеров частиц) последних и наличия примесей металлов, структуры ледовых образований, трещин и русел талых вод в толще льда. На радиолокац. аэроснимках чётче воспроизводятся наземные объекты, приуроченные к глубоко затенённым участкам. Поскольку по этим снимкам может быть построена стереоскопич. модель местности (с точностью определения высот до 15 м), они используются при изучении нек-рых труднодоступных р-нов (полярные пустыни, экваториальные джунгли с постоянной облачностью и др.) для создания топографических карт обзорного характера.

Лит.: Смирнов Л. Е., Аэрокосмические методы географических исследований, Л., 1975; Xарин Н. Г., Дистанционные методы изучения растительности, М., 1975; Богомолов Л. А., Дешифрирование аэроснимков, М., 1976; Применение новых видов аэросъемок при геологических исследованиях, Л., 1976; Многозональная аэрокосмическая съемка и ее использование при изучении природных ресурсов, М., 1976; Remote sensing. Techniques for environmental analysis, Santa Barbara, 1974; Manual of Remote sensing, t. 1 - 2, Waschington, 1975. См. также лит. к статье Космическая съёмки.

Л. М. Гольдман.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, метод изучения строения вещества, основанный на измерении энер-гетич. спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону Эйнштейна, сумма энергии связи вылетающего электрона (работы выхода) и его кинетич. энергии равна энергии падающего фотона h v (h - Планка постоянная, v - частота падающего излучения). По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе.

В Ф. с. применяются монохроматич. рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков эв (что соответствует длинам волн излучения от десятых долей А до сотен А). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эв в рентгеновской области и до сотых долей эв в ультрафиолетовой области).

Метод Ф. с. применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внеш., так и внутр. электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутр. оболочках образующих их атомов зависят от типа химич. связи (химич. сдвиги), поэтому Ф. с. успешно применяется в аналитич. химии для определения состава вещества и в физич. химии для исследования химич. связи. В химии метод Ф. с. известен под назв. ЭСХА - электронная спектроскопия для химич. анализа (ESCA - electronic spectroscopy for chemical analysis).

Лит.: Вилесов Ф. И., Курбатов Б. Л., Теренин А. Н., " Докл. АН СССР", 1961, т. 138, с. 1329-32; Электронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1971. М. Л. Ельяшевич.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения (фотонов) в вакуум или др. среды. Практич. значение в большинстве случаев имеет Ф. э. из твёрдых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Осн. закономерности Ф. э. состоят в следующем: 1) кол-во испускаемых электронов пропорционально интенсивности излучения; 2) для каждого вещества при определ. состоянии его поверхности и темп-ре Т- > 0 К существует порог - миним. частота w₀ (или макс. длина волны Чо) излучения, за к-рой Ф. э. не возникает; 3)макс. кинетич. энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности.

Ф. э.- результат 3 последовательных процессов: поглощения фотона и появления электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; движения этого электрона к поверхности, при к-ром часть энергии может рассеяться; выхода электрона в др. среду через поверхность раздела. Количеств. характеристикой Ф. э. является квантовый выход Y - число вылетевших электронов, приходящееся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела. Величина У зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.

Ф. э. из металлов возникает, если энергия фотона hw (h - Планка постоянная, w -частота излучения) превышает работу выхода металла eф. Последняя для чистых поверхностей металлов > 2 эв (а для большинства из них > 3 эв), поэтому Ф. э. из металлов (если работа выхода не снижена спец. покрытием поверхности) может наблюдаться в видимой и ультрафиолетовой (для щелочных металлов и бария) или только в ультрафиолетовой (для всех др. металлов) областях спектра. Вблизи порога Ф. э. для большинства металлов У~ 10^-4 электрон/фотон. Малая величина У обусловлена тем, что поверхности металлов сильно отражают видимое и ближнее ультрафиолетовое излучение (коэфф. отражения R> 90%), так что в металл проникает лишь малая доля падающего на него излучения. Кроме того, фотоэлектроны при движении к поверхности сильно взаимодействуют с электронами проводимости, к-рых в металле много (~10²² см^-3), и быстро рассеивают энергию, полученную от излучения. Энергию, достаточную для совершения работы выхода, сохраняют только те фотоэлектроны, к-рые образовались вблизи поверхности на глубине, не превышающей неск. нм (рис., а). Менее " энергичные" фотоэлектроны могут пройти без потерь энергии в десятки раз больший путь в металле, но их энергия недостаточна для преодоления поверхностного потенциального барьера и выхода в вакуум.

С увеличением энергии hw фотонов У металлов возрастает сначала медленно. При hw = 12 эв У чистых металлич. плёнок (полученных испарением металла в высоком вакууме) составляет для А1 0, 04, для Bi - 0, 015 электрон/фотон.

При hw> 15 эв R резко падает (до 5%), а У увеличивается и у нек-рых металлов (Pt, W, Sn, Та, In, Be, Bi) достигает 0, 1 - 0, 2 электрон/фотон. Случайные загрязнения могут сильно снизить ф, вследствие чего порог Ф. э. сдвигается в сторону более длинных волн, и Y в этой области может сильно возрасти. Резкого увеличения У и сдвига порога Ф. э. металлов в видимую область спектра достигают, покрывая чистую поверхность металла моноатомным слоем электроположит. (см. Ионизация) атомов или молекул (Cs, Rb, Cs₂O), образующих на поверхности дипольный электрич. слой. Напр., слой Cs снижает ф и соответственно сдвигает порог Ф. э.: для W-от5, 05до 1, 7 эв, для Ag - от 4, 62 до 1, 65 эв, для Си - от 4, 52 до 1, 55 эв, для Ni - от 4, 74 до 1, 42эв.

Ф. э. из полупроводников и диэлектриков. В полупроводниках и диэлектриках сильное поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов hw, равных

[ris]

срооство к электрону, т. е. высота потенциального барьера для электронов проводимости (рис., б). В несильно легированных полупроводниках электронов проводимости мало, поэтому здесь, в отличие от металлов, рассеяние энергии фотоэлектронов на электронах проводимости роли не играет. В этих материалах фотоэлектрон теряет энергию при взаимодействии с электронами валентной зоны (ударная ионизация) или с тепловыми колебаниями кристаллической решётки (рождение фононов). Скорость рассеяния энергии и глубина, из к-рой фотоэлектроны могут выйти в вакуум,

[ris]

дает электронно-дырочную пару. Длина пробега на рассеяние энергии в таком акте (1- 2нм) во много раз меньше глубины проникновения излучения в кристалл (0, 1-1 мкм). Т. о., в этом случае подавляющая часть фотоэлектронов по пути к поверхности теряет энергию и не выходит в вакуум. Такая картина имеет

[ris]

и даже на относительно большом расстоянии от порога (при hw = hw +1 эв) всё ещё не превышает 10^-4 электрон/фо-

[ris]

оптич. фонона (10^-2 эв), то фотоэлектроны теряют энергию при рождении оптич. фононов. При таком механизме потерь энергия фотоэлектронов рассеивается в полупроводниках на длине пробега всего 10-30 нм. Поэтому, если снизить xполупроводника, напр. от 4 до 1 эв, Ф. э. вблизи порога остаётся малой. В кристаллах щёлочно-галоидных соединений длина пробега больше 50-100 нм, еф невелико, поэтому У таких кристаллов резко возрастает от самого порога Ф. э. и достигает высоких значений. Так,

[ris]

Y= 0, 1 электрон/фотон и практически не изменяется при увеличении hw.

Применение. Из-за больших de порог Ф. э. для щёлочно-галоидных кристаллов лежит в ультрафиолетовой области спектра, для к-рой они (в виде тонкой плёнки на проводящей подложке) являются хорошими фотокатодами. Для большинства технич. применений важны также материалы, обладающие высоким У для видимого и ближнего инфракрасного

[ris]

распространены (и технически хорошо освоены) в качестве фотокатодов полупроводниковые материалы на основе элементов I и V групп периодич. системы элементов, часто в сочетании с кислородом

[ris]

стигает величины ~0, 1 электрон/фотон.

Усовершенствование техники очистки поверхностей полупроводников в сверхвысоком вакууме позволило резко снизить еф полупроводников типа A^1II B^v и Si р-типа до величины [ris] с одновременным созданием в тонком приповерхностном

слое полупроводника сильного внутр. электрич. поля, ускоряющего фотоэлектроны. При этом работа выхода [ris] а высота поверхностного потенциального барьера x. ниже уровня дна зоны проводимости в объёме кристалла. В результате обеспечивается выход в вакуум значит. числа термализованных (имеющих тепловые энергии) электронов из большой глубины порядка диффузионной длины неосновных носителей заряда (~ 10^-4 см). Фотокатоды такого типа наз. фотокатодами с отрицательным электронным сродством (рис., в). Они обладают самым высоким квантовым выходом в ближней инфракрасной области спектра, достигающим 0, 09 электрон/ фотон при X = 1, 06 мкм.

Ф. э. широко используется для исследования энергетич. структуры веществ, для химич. анализа {фотоэлектронная спектроскопия), в измерит. аппаратуре, в звуковоспроизводящей киноаппаратуре и в приборах автоматики {фотоэлементы, фотоэлектронные умножители), в передающих телевизионных трубках (супериконоскоп, суперортикон), в инфракрасной технике (электроннооптический преобразователь) и в др. приборах, предназначенных для регистрации излучений рентгеновского, ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн.

Лит.: Соболева Н. А., Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Сомме р А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973; Соболева Н. А., Новый класс электронных эмиттеров, " Успехи физических наук", 1973, т. 111, в. 2, с. 331 - 53; Heнакаливаемые катоды, М., 1974.

Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ (ФЭУ), электровакуумный прибор, в к-ром поток электронов, эмитируемый фотокатодом под действием оптич. излучения (фототок), усиливается в умножит. системе в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первонач. фототок (обычно в 10⁵ раз и выше). Впервые был предложен и разработан Л. А. Кубецким в 1930-34.

Наиболее распространены ФЭУ, в к-рых усиление электронного потока осуществляется при помощи системы дискретных динодов - электродов корытообразной, коробчатой или жалюзийной формы с линейным (см. рис.) либо (реже) круговым расположением, обладающих коэфф. вторичной эмиссии с> 1. В таких ФЭУ для ускорения и фокусировки электронов катодной камере (собирающей электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и направляющей этот пучок на вход динодной системы), динодам и аноду сообщают определ. потенциалы относительно фотокатода при помощи высоковольтного источника (напряжением 600-3000 в). Кроме электро-статич. фокусировки, в ФЭУ иногда применяют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещённых электрич. и магнитном полях.