Efekt fotoelektryczny wewnętrzny:
Współczynnik transmisji jest równy stosunkowi natężenia światła po przejściu przez próbkę do światła, padającego. Spada on gwałtownie (czyli rośnie absorpcja i maleje oporność) gdy przechodzimy od fal długich do krótkich. Jest to krawędź absorpcji górnej.
Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne polega na fakcie, że foton światła padającego o odpowiednio dużej energii może być pochłonięty przez elektron, przez co tez przechodzi na wyższy poziom energetyczny. Istnieje graniczna energia potrzebna do pobudzenia elektronu. Fotony o mniejszej energii niż progowa czyli równej szerokości pasma wzbronionego nie będą pochłaniane przez elektrony. Pobudzony elektron może przewodzić prąd elektryczny. Efekt może zachodzić nawet przy niewielkich natężeniach, jeżeli tylko długość fali jest odpowiednia.
Efekt fotoelektryczny
Dotyczy metali a nie półprzewodników. Energia kinetyczna elektronów nie zależy od natężenia światła, ale od długości fali.
Aby foton mógł oddziaływać z elektronem, musi mieć energię wystarczającą do wybicia go z metalu, a więc co najmniej równą pracy wyjścia. Oddziaływanie sprawia, że foton zostaje pochłonięty przez elektron nadając mu energię kinetyczną.
Zjawisko Comptona:
Poświadcza istnienie fotonu jako skończonej porcji energii.
Rozpraszając wiązkę promienie Roentgena, obserwujemy, że chociaż wiązka padająca zawierała jedną długość fali, to promienie rozproszone mają maksima rozproszenia przy dwóch długościach fal, przy czym jedna jest taka sama jak wiązki padającej, a druga większa. Zjawiska nie da się wyjaśnić gdy uznamy światło za falę. Jednak przyjmując, że jest ono zbiorem fotonów które ulegają zderzeniom ze swobodnymi elektronami, można te zjawisko wyjaśnić.
Ciało doskonale czarne:
Warunek ciała doskonale czarnego: a(ω,T)=1 czyli r(ω,T)=0. Ciało doskonale czarne emituje promieniowanie podczerwone (cieplne). Modelem ciała doskonale czarnego może być kulista wnęka z bardzo małym otworkiem, utrzymywana w stałej temperaturze. Materiał ścianek absorbuje i emituje promieniowanie. Badając promieniowanie wyemitowane można wyciągnąć następujące wnioski:
1. W danej temperaturze rozkład energii jest zawsze taki sam niezależnie od kształtu i materiału wnęk. Całkowite promieniowanie przy temp. T wynosi: E=
Model pasmowy ciała stałego:
Zakaz Pauliego: w tym samym stanie energetycznym nie mogą przebywać dwa elektrony o tych samych czterech liczbach kwantowych.
Jako, że część stanów energetycznych niżej położonych (2P) zlewa się z pasmem stanów wyższych (2S), to w wyniku tego dolne pasmo zawiera tyle stanów ile elektronów. Jest to pasmo walencyjne. Jest ono całkowicie wypełnione przez elektrony i nie może przewodzić prądu. Wyższe pasmo nie zawierające elektronów nazywa się pasmem przewodzenia. W metalach pasmo to jest wypełnione elektronami daleko ponad przerwę energetyczną co umożliwia dobre przewodzenie.
Rozkład stanów w przestrzeni wektora falowego:
E=-p2/2m*
Fala materii ma długość: λ=h/p. Falę można przypisać elektronowi. Może ją charakteryzować wektor falowy: k=2Π/λ. Wektor ten może przybierać tylko wartości dyskretne k=n(Π/L).
Absorbcja światła w półprzewodnikach:
α=1/I dI/dx
α - wsp absorpcji, I - natężenie światła padającego na warstwę półprzewodnika o grubości dx powodującą zmniejszenie natężenia o dI.
Inaczej współczynnik absorpcji dla danej energii fotonu hν jest proporcjonalny do prawdopodobieństwa przejścia ze stanu podstawowego do końcowego i do gęstości stanów początkowych oraz dostępnych stanów końcowych, sumowany po wszystkich możliwych przejściach między stanami odległymi od siebie o hν.
POMIAR:
Współczynnik absorpcji można wyznaczyć z pomiarów współczynnika transmisji w funkcji energii fotonów. Współczynnik ten to stosunek mocy promieniowania przechodzącego przez próbkę do mocy promieniowania padającego na powierzchnię próbki.
Współczynnik absorpcji wyznaczamy z zależnośći:
T=I/Io=(1=R)2exp(-αd)
R=(n-1)2/(n+1)2
n - wsp załamania
d - szerokość próbki
Rodzaje przejść międzypasmowych:
1. Przejścia proste dozwolone: występują gdy prawdopodobieństwo przejścia elektronu jest niezależne od fotonu. Pęd elektronu prawie nie ulega zmianie ze względu na bardzo mały pęd fotonu. Zachodzi warunek: kk=kp.
2. Przejścia skrośne dozwolone: przejścia w których zmienia się energia i pęd elektronu. Foton zmienia pęd elektronu minimalnie ale poprzez jego oddziaływanie z fononem zmiany pędu mogą być duże. Oddziaływanie elektronów z fotonem i fononem może przebiegać na dwa sposoby.
Przejścia między ogonami pasm energetycznych:
Nie występuje stromo wzrastająca krawędź absorpcji związanej z przejściami ale wykładnicze narastanie współczynnika w funkcji energii fotonów. Związane jest to z istnieniem „ogonów”, a te wynikają z istnienia domieszek lub defektów struktury.
Fotoprzewodnictwo:
Procesy absorpcji światła powodują wzrost koncentracji nośników prądu w półprzewodniku. Dodatkowa ilość nośników powoduje wzrost przewodności elektrycznej materiału. Półprzewodnik taki umieszczony w obwodzie i oświetlony spowoduje wzrost natężenia prądu w tym obwodzie. Wzrost prądu może być miarą fotoprzewodnictwa.
Monochromatyczne światło padając na próbkę ulega częściowemu odbiciu. Wewnątrz próbki ma natężenie I. Moc Zaabsorbowana w jednostce objętości i na jednostkę czasu wyniesie α
Fale materii:
Elektrony w pewnych okolicznościach wykazują