1. Fotoeffekt haqida tushuncha. Fotoeffekt qonunlari. Ichki fotoeffekt haqida tushuncha

Fotoelektron kuchaytirgich (FEK) lar: 1934 yilda dastlabki FEK larga asos solingan. Ularning ishlash prinsipi bilan 12-rasmdan tanishish mumkin. Fotokatod ( ₎ dan chiqqan (emissiYalangan) fotoelektronlar elektr maydoni ta’sirida tezlashadi va birinchi oraliq elektrodga tushadi. Tushayotgan fotoelektronlar ikkilamchi elektronlarning chiqishiga sababchi bo’ladi; ma’lum sharoitlarda ikkilamchi emissiYa fotoelektronlarning dastlabki oqimidan bir necha marta katta bo’lishi mumkin. Elektrodlarning konfiguratsiyasi shundayki, fotoelektronlarning ko’pchiligi elektrodga, ikkilamchi elektronlarning ko’pchiligi esa navbatdagi elektrodga tushadi, bu elektrodda ko’payish jarayoni qaytariladi va hokazo. Elektrodlar (dinodlar) 10 – 15 ta bo’ladi; bularning eng oxirgisidan chiqayotgan ikkilamchi elektronlar anodga yig’iladi.
Bunday sistemalarning umumiy kuchaytirish koeffitsiyenti 10⁷ – 10⁸ ga, umumiy (integral) sezgirligi lyumenga to’g’ri kelgan minglab amperga yetadi. Bundan FEKlar yordamida juda katta toklar olish mumkin degan xulosa chiqarmay, balki juda zaif yorug’lik oqimlarini o’lchash mumkin degan xulosa chiqarish kerak.


12-rasm. Fotoelektron kuchaytirgichlar.

Ravshanki, vakuum fotoelementlaridagidek texnik xarakteristikalar, shuningdek, kuchaytirish koeffitsiyenti va uning ta’minlovchi kuchlanishga bog’liqligi FEK ni to’liq ta’riflab beradi. Hozirgi vaqtda hamma yerda vakuum fotoelementlarining o’rniga fotoelektron kuchaytirgichlar qo’llanilmokda. FEK larning kamchiliklari sifatida yuqori vol’tli va stabillashtirilgan manbadan foydalanish zarurligi, sezgirlik stabilligining bir oz yomon ekanligi va shovqinlar ko’p ekanligini ko’rsatish mumkin. Lekin fotokatodlar sovitilsa va chiqish toki emas, balki impul’slar soni (har bir impul’s bitta fotoelektronga mos keladi) qayd qilinsa, yuqorida aytib o’tilgan kamchiliklarning salbiy ta’siri ancha kamaytirilgan bo’ladi.

Tashqi fotoeffektga asoslangan yorug’lik qabul qilgichlarning eng afzal tomoni fototokning yuklama qarshilik (nagruzka) o’zgarganda o’zgarmasligidir. Demak, fototokning qiymati qancha kichik bo’lmasin qarshiligi katta bo’lgan nagruzka qo’llash va natijada qarshilikda qayd qilish va kuchaytirish uchun yetarli kattalikdagi kuchlanish tushishiga ega bo’lish mumkin. Ikkinchi tomondan, qarshilik o’rniga sig’im ulash va bu sig’imdagi kuchlanishni o’lchab, ma’lum vaqt davomida tushayotgan o’rtacha yorug’lik oqimiga proporsional kattalikni aniqlash mumkin. Bu esa o’z navbatida yorug’likning stabillashmagan manbaidan tushayotgan yorug’lik oqimini o’lchash, ya’ni spektroanalitik o’lchashlarga hos bo’lgan hol uchun juda muhimdir.
Ichki fotoeffektga asoslangan va fotoo’tkazuvchanlik hodisasidan foydalanadigan birinchi fotoelement 1875 yilda yasalgan edi. Garchi ichki fotoeffekt hodisasi tashqi fotoeffekt hodisasidan 50 yil ilgari kashf etilgan bo’lsa-da, tashqi fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlar ichki fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlarga qaraganda oldinroq rivojlandi. XX asrning qirqinchi yillarida yarimo’tkazgichlar fizikasi tez rivojlangani va ichki fotoeffekt hodisasi chuqur o’rganilgani sababli yarimo’tkazgichli yangi fotoelementlar yaratila boshlandi.
Ichki fotoeffektga asoslangan fotoelementlarni yarim o’tkazgichli fotoelementlar yoki fotoqarshiliklar deb ataladi. Yarim o’tkazgichli fotoelementlarning fotosezgirligi vakuumli fotoelementlarning sezgirligidan yuzlarcha marta oshiq. Ba’zi fotoelementlar yaqqol ifodalangan spektral sezgirlikka ega.
Fotodiodlar – ikkita chiqishga ega bo’lgan fotoelektr asbob bo’lib, uning ishlash prinsipi teskari ulangan elektr o’tishda fotogalvanik effektni ishlatishga asoslangan. Uning elektr o’tishi fotodiod rejimida ishlaydi. Ular radioelektronikada optik qabul qilgichlarning va tolali optik aloqa liniyalarida qabul qiluvchi modullarning va shunga o’xshashlarning tez harakatlanuvchi sezgir elementlar sifatida ishlatiladi.



13-rasm.
Fotoqarshilik – yorug’lik ta’sirida o’zning qarshiligini o’zgartiruvchi ikkita chiqishga ega bo’lgan fotoelektr asbob hisoblanadi. Ularni optoparlarda, infraqizil diapazondagi optik qabul qilgichlarda, o’lchovchi sistemalarning dastlabki o’zgartiruvchilarida va shunga o’xshashlarda ishlatiladi.
13-rasm. Ventilli fotoelement.
Fotoelementlarning Yana bir turi – berkituvchi qatlami yarim o’tkazgichli fotoelement yoki ventilli fotoelementlar ichki fotoeffektga asoslangan (13-rasm). Galvanometr ulangan tashqi elektr zanjirga plastinka va uning ustiga surkalgan yarim o’tkazgichning qatlami ulangan. Yarim o’tkazgichning metall bilan qoplangan zonasida ventilli o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan berkituvchi qatlam hosil bo’ladi: bu qatlam elektronlarni faqat Yarim o’tkazgichli tomonga o’tkazadi. yarim o’tkazgichli qatlamni yoritganda, ichki fotoeffekt tufayli, unda erkin elektronlar paydo bo’ladi. Bu elektronlar berkituvchi qatlam orqali metallga o’tib teskari yo’nalishda siljish imkoniyati bo’lmaganidan metallda ortiqcha manfiy zaryadni vujudga keltiradi. “O’z” elektronlarini qisman yo’qotgan Yarim o’tkazgich musbat zaryadli bo’lib qoladi.



14-rasm.
14-rasm. Quyosh elementi.
Ichki fotoeffekt yana Quyosh elementlarida yorug’lik energiyasi elektr yurituvchi kuchga aylantirib berish uchun ham ishlatiladi. Quyosh elementlaridan Quyosh batareyalarini yig’adilar, ular turli xil joylarda ta’minlash manbalari sifatida ishlatiladi.
14-rasmda elektr zanjiriga ulangan Quyosh elementi tasvirlangan. Amaliyotda ko’proq kremniy (aniqroq aytsak va kontakti) asosidagi Quyosh elementlari ishlatilmoqda. Ularning foydali ish koeffitsiyentlari 15 – 20% larga yetadi. Galliy arsenidi ( ) asosidagi elementlar ham ishlatilmoqda. Ularning foydali ish koeffitsiyentlari kichik bo’lsada, ular radiatsion buzilishlarga chidamli hisoblanadilar.
Vakuum fotoelementlari va FEK lar spektrning infraqizil sohasida spektrometrik o’lchashlar o’tkazishga yaramaydi, chunki hozirgi vaqtda ishlatiladigan fotokatodlarning qizil chegarasi 1100 nm dan ortmaydi. Lekin hozirning o’zidayoq 3 – 4 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchash o’tkazish imkoniyatini beradigan materiallar ma’lum. SHu sababli infraqizil sohada o’lchash o’tkazishda ichki fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlar qo’llaniladi. Ular qatoriga , va asosida yasalgan va 6 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchashga imkon beradigan sovitilmaydigan fotorezistorlarni hamda oltin, rux, mis va boshqa metallar bilan legirlangan (maxsus usul bilan qo’shilgan) germaniy asosida ishlangan va 40 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchashga imkon beradigan qattiq sovitiladigan fotorezistorlarni kiritish mumkin.
Spektrning uzunroq to’lqinlar qismida o’lchash o’tkazganda issiqlik qabul qilgichlardan foydalaniladi; ular tushayotgan nurlar ta’sirida isiganda yo o’z o’tkazuvchanliklarini o’zgartiradi yoki ularda EYUK vujudga keladi. Yarimo’tkazgichli fotoelementlarda elektr signalining kattaligi yoritilganlikka qat’iy chiziqli bog’langan emas. Bu kamchilik va fotoelement sezgirligining doimiy emasligi ta’minlovchi manbaning stabilmasligi, o’lchash sxemasining kuchaytirish qobiliyatining o’zgarib turishi kabi kamchiliklar ikki nurli sistemadan foydalanish bilan bartaraf qilinadi. Ikki nurli sistemada yutadigan moddadan o’tgan yorug’likning absolyut intensivligi emas, balki bu intensivlikning yoritayotgan manbaning yopyg’lik intensivligiga bo’lgan nisbati o’lchanadi.
Fotoelementlar qo’llaniladigan juda ko’p hollarda ularning o’lchash xususiyatlariga qat’iy talablar qo’yilmaydi. SHuning uchun ichki fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlar o’lchamlari kichik ta’minlovchi kuchlanishlar past bo’lgani va bir qator boshqa konstruktiv xususiYatlarga ega bo’lgani uchun avtomatik sistemalarda, boshqarish sistemalarida, Quyosh energiyasini o’zgartirishda, ishlab chiqarishni nazorat qilish va boshqa sohalarda keng qo’llaniladi. Bu fotoelementlarning inersion xususiyatlari yomonligi ularning qo’llanilishiga to’sqinlik qiladigan hollar bundan mustasnodir¹.

Xulosa.
Ichki fotoeffektga asoslangan fotoelementlarni yarim o’tkazgichli fotoelementlar yoki fotoqarshiliklar deb ataladi. Yarim o’tkazgichli fotoelementlarning fotosezgirligi vakuumli fotoelementlarning sezgirligidan yuzlarcha marta oshiq. Ba’zi fotoelementlar yaqqol ifodalangan spektral sezgirlikka ega.
Fotodiodlar – ikkita chiqishga ega bo’lgan fotoelektr asbob bo’lib, uning ishlash prinsipi teskari ulangan elektr o’tishda fotogalvanik effektni ishlatishga asoslangan. Uning elektr o’tishi fotodiod rejimida ishlaydi. Ular radioelektronikada optik qabul qilgichlarning va tolali optik aloqa liniyalarida qabul qiluvchi modullarning va shunga o’xshashlarning tez harakatlanuvchi sezgir elementlar sifatida ishlatiladi.
Fotoqarshilik – yorug’lik ta’sirida o’zning qarshiligini o’zgartiruvchi ikkita chiqishga ega bo’lgan fotoelektr asbob hisoblanadi. Ularni optoparlarda, infraqizil diapazondagi optik qabul qilgichlarda, o’lchovchi sistemalarning dastlabki o’zgartiruvchilarida va shunga o’xshashlarda ishlatiladi.
Vakuum fotoelementlari va FEK lar spektrning infraqizil sohasida spektrometrik o’lchashlar o’tkazishga yaramaydi, chunki hozirgi vaqtda ishlatiladigan fotokatodlarning qizil chegarasi 1100 nm dan ortmaydi. Lekin hozirning o’zidayoq 3 – 4 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchash o’tkazish imkoniyatini beradigan materiallar ma’lum. SHu sababli infraqizil sohada o’lchash o’tkazishda ichki fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlar qo’llaniladi. Ular qatoriga , va asosida yasalgan va 6 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchashga imkon beradigan sovitilmaydigan fotorezistorlarni hamda oltin, rux, mis va boshqa metallar bilan legirlangan (maxsus usul bilan qo’shilgan) germaniy asosida ishlangan va 40 mkm gacha bo’lgan sohada o’lchashga imkon beradigan qattiq sovitiladigan fotorezistorlarni kiritish mumkin.
Spektrning uzunroq to’lqinlar qismida o’lchash o’tkazganda issiqlik qabul qilgichlardan foydalaniladi; ular tushayotgan nurlar ta’sirida isiganda yo o’z o’tkazuvchanliklarini o’zgartiradi yoki ularda EYUK vujudga keladi. yarimo’tkazgichli fotoelementlarda elektr signalining kattaligi yoritilganlikka qat’iy chiziqli bog’langan emas. Bu kamchilik va fotoelement sezgirligining doimiy emasligi ta’minlovchi manbaning stabilmasligi, o’lchash sxemasining kuchaytirish qobiliyatining o’zgarib turishi kabi kamchiliklar ikki nurli sistemadan foydalanish bilan bartaraf qilinadi. Ikki nurli sistemada yutadigan moddadan o’tgan yorug’likning absolyut intensivligi emas, balki bu intensivlikning yoritayotgan manbaning yopyg’lik intensivligiga bo’lgan nisbati o’lchanadi.
Fotoelementlar qo’llaniladigan juda ko’p hollarda ularning o’lchash xususiyatlariga qat’iy talablar qo’yilmaydi. SHuning uchun ichki fotoeffekt asosida ishlaydigan fotoelementlar o’lchamlari kichik ta’minlovchi kuchlanishlar past bo’lgani va bir qator boshqa konstruktiv xususiyatlarga ega bo’lgani uchun avtomatik sistemalarda, boshqarish sistemalarida, Quyosh energiyasini o’zgartirishda, ishlab chiqarishni nazorat qilish va boshqa sohalarda keng qo’llaniladi. Bu fotoelementlarning inersion xususiyatlari yomonligi ularning qo’llanilishiga to’sqinlik qiladigan hollar bundan mustasnodir.