Электрический глаз - [9]

Во всех этих случаях на границе между металлом и полупроводником возникает особый, так называемый «запирающий» или «вентильный» слой, через который электроны могут свободно проходить только в одну сторону, а именно — от металла к полупроводнику. В обратном же направлении — от полупроводника к металлу — электроны через этот слой проходить не могут.

Схематический разрез такой пластинки с односторонней проводимостью изображён на рисунке 9.

Рис. 9. Схематический разрез медной пластинки с «запирающим» слоем.

Следует иметь в виду, что масштабы на этом рисунке совершенно не соответствуют действительности; толщина запирающего слоя на самом деле очень мала — менее одной стотысячной доли сантиметра; слой полупроводника в действительности также очень тонок. Верхняя металлическая пластинка, наложенная на слой полупроводника, служит для того, чтобы было удобно включить пластинку в электрическую цепь.

Если такую пластинку подключить к батарее так, как показано на рисунке 10, то ток через неё не пойдёт, потому что электроны, движущиеся в цепи, должны в этом случае проходить через запирающий слой в направлении от полупроводника к металлу.

Рис. 10. В этом случае тока в цепи нет; «запирающий» слой не пропускает электроны.

А в этом направлении слой для электронов «непроницаем». Напротив, если переключить провода, т. е. соединить нижнюю металлическую пластинку с отрицательным полюсом батареи, а верхнюю — с положительным полюсом (рис. 11), то в цепи пойдёт довольно сильный ток.

Рис. 11. В этом случае в цепи идёт ток, «запирающий» слой пропускает электроны.

Теперь электроны проходят через слой в направлении металл — полупроводник; в этом направлении запирающий слой «прозрачен» для электронов (напомним ещё раз, что за направление тока в цепи принято считать то направление, в котором двигались бы положительные заряды, т. е. направление от положительного полюса батареи к отрицательному полюсу, хотя фактически ток в металлах представляет собой движение отрицательных частиц — электронов; оно происходит в обратном направлении).

Способность такого рода сложных пластинок проводить ток только в одном направлении и «запирать» его в противоположном уже давно используется в технике для превращения переменного тока в постоянный.

Но вот лет двадцать тому назад было обнаружено ещё одно, новое и поразительное, свойство таких пластинок. Оказалось, что если соединить эту пластинку с прибором- для измерения тока и осветить её так, чтобы лучи света действовали на её «запирающий» слой, то в цепи возникнет электрический ток, хотя в ней и нет никакого источника тока! Таким образом, эта пластинка представляет собой фотоэлемент, в котором опять-таки за счёт световой энергии создаётся электрический ток; он тем сильнее, чем сильнее освещён фотоэлемент.

Такого рода фотоэлементы получили название вентильных фотоэлементов (вентильным фотоэлемент называется потому, что он пропускает ток лишь в одном направлении) или фотоэлементов с запирающим слоем. Обычно направление тока в них противоположно тому направлению, в котором через пластинку мот бы проходить ток от внешнего источника (рис. 12).

Рис. 12. Схема устройства вентильного фотоэлемента.

Устройство вентильного фотоэлемента, как можно видеть из этого рисунка, очень простое. На толстую металлическую пластинку наносят тончайший прозрачный слой полупроводника, а сверху, для контакта, закладывают металлическую сетку или покрывают полупроводник тонкой металлической плёнкой. Ясно, что слой полупроводника и верхний слой металла должны быть достаточно тонки — для того, чтобы свет мог проникать сквозь них к запирающему слою.

Первыми фотоэлементами с запирающим слоем были так называемые купроксные фотоэлементы. Они представляют собой слой закиси меди на медной пластинке («купрум» значит «медь»). Такие фотоэлементы чувствительны к видимым лучам и к близким к ним по длине волны тепловым — инфракрасным лунам.

Очень скоро получили широкое распространение и селеновые вентильные фотоэлементы (рис. 13).

Рис. 13. Внешний вид вентильного фотоэлемента.

Чувствительность их к лучам разного цвета очень велика.

А вообще чувствительность вентильных фотоэлементов — купроксных и селеновых — к белому свету примерно такова же, как у лучших фотоэлементов с внешним фотоэлектрическим эффектом.

Выяснение сущности явлений, происходящих в вентильных фотоэлементах, — в основном заслуга советских физиков. Над этим вопросом работали физики школы академика А. Ф. Иоффе в Ленинграде и группа физиков Украинской академии наук в Киеве. В результате этих работ советские учёные перед Отечественной войной создали совершенно новые вентильные фотоэлементы — серно-серебряные и серно-таллиевые. Чувствительность этих приборов при освещении белым светом в десятки раз превосходит чувствительность всех рапсе известных фотоэлементов!

Вентильные фотоэлементы, конечно, гораздо удобнее в обращении, чем фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Они не требуют никаких батарей или иных источников тока.

Однако есть у них и свои недостатки. Например, такие фотоэлементы очень трудно сочетать с ламповыми усилителями. Усиливать слабые фотоэлектрические токи, возникающие в них при освещении, практически невозможно. Поэтому вентильные фотоэлементы следует применять только там, где имеется относительно сильный источник света (они применяются, например, в сенситометре — приборе, с помощью которого определяется яркость освещения, а следовательно, и время выдержки, при фотографировании). В этом случае фотоэлектрический ток нет надобности усиливать.