ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями
Ф. э.- результат 3 последовательных
Ф. э. из металлов возникает,
С увеличением энергии hw
При hw> 15 эв R резко
Ф. э. из полупроводников
срооство к электрону,
дает электронно-дырочную
и даже на относительно большом
оптич. фонона (10-2
Y= 0,1 электрон/фотон и практически
Применение. Из-за больших
распространены (и технически
стигает величины 0,1 электрон/фотон.
Усовершенствование техники
слое полупроводника сильного
Ф. э. широко используется
Лит.: Соболева Н.
Т. М. Лифшиц.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
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 w
кинетич. энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения
и не зависит от его интенсивности.
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.
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.
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.
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, Cs
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.
и диэлектриков. В полупроводниках и диэлектриках сильное
поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов hw,
равных
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,
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
расстоянии от порога (при hw = hw +1 эв) всё ещё не превышает 10-4
электрон/фо-
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 x полупроводника,
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,
не изменяется при увеличении hw.
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
хорошо освоены) в качестве фотокатодов полупроводниковые материалы на
основе элементов I и V групп периодич. системы элементов, часто в сочетании
с кислородом
очистки поверхностей полупроводников в сверхвысоком вакууме позволило
резко снизить еф полупроводников типа A1II Bv и Si
р-типа до величины
с одновременным созданием
в тонком приповерхностном
внутр. электрич. поля, ускоряющего фотоэлектроны. При этом работа выхода
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.
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.
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.