Фотоэлектри'ческая звёздная величи'на,см. .

       Фотоэлектри'ческая спектроскопи'я,определение химического состава примесей в полупроводниках и изучение их энергетической структуры по спектрам примесной .Примесный атом в полупроводнике может находиться в основном (невозбуждённом) или одном из возбуждённых энергетических состояний. Спектр этих состояний специфичен для каждого химического элемента примеси в данном полупроводнике. Если облучать полупроводник монохроматическим излучением, плавно изменяя частоту w, т. е. энергию фотонов (где  – ) ,то всякий раз, когда будет совпадать с энергетическим зазором между основным и одним из возбуждённых состояний, атом примеси соответствующего сорта будет переходить в это возбуждённое состояние, поглощая фотон. Можно подобрать температуру кристалла так, что энергия его тепловых колебаний окажется достаточной для ионизации возбуждённого атома (но недостаточной для ионизации невозбуждённого атома). Тогда будет происходить двухступенчатая фототермическая ионизация примесных атомов: сначала оптическое возбуждение, а затем термическая 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 которых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определенного сорта (см. рис. ). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые количества примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10 -11% от общего числа атомов. Теоретический 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; Kogan Sh. М., Lifshits, T. М., Photoelectric Spectroscopy – a new Method of Analysis of Impurities in Semiconductors, «Physica status solidi (a)», 1977, 39, № 1, p. 11.
         Т. М. Лифшиц.
      Фотоэлектрический спектр Ge с примесями B, Al, Ga.

       Фотоэлектри'ческие явле'ния,электрические явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отдельными порциями – квантами ( ) ,равными ( – ,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 вещества ( ) .Если энергия фотона достаточна для образования неравновесных носителей заряда в твёрдом теле – электронов проводимости и дырок, то изменяется электропроводность тела (см. ) .В неоднородных телах, например в с неоднородным распределением примесей, в частности в области ,вблизи контакта двух разнородных полупроводников (см. ) ,контакта полупроводник – металл, или при неоднородном облучении, а также в полупроводниках, помещенных в магнитное поле, возникает электродвижущая сила (см. , ) .Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см. ) .
        Если 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 ,выйти в вакуум или др. среду, то возникает .Фотоэлектронную эмиссию часто называют внешним .В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином .
        Следует отличать Ф. я. от электрических явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллической решёткой – с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется некоторое время после поглощения фотона, в течение которого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (например, передаётся кристаллической решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой температуре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внешним признакам аналогичные Ф. я.: болометрический эффект (изменение электропроводности), пироэлектрический эффект (см. ) , , и др. .
        В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. же кристаллической 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, которая необходима для наблюдения термоэлектрических явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термоэлектрических явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.
        В из-за очень высокой электропроводности внутренний фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.
        Лит.:Рыбкин 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.
         Т. М. Лифшиц.

       Фотоэлектри'ческий генера'тор,устройство, непосредственно преобразующее энергию оптического излучения в электрическую на основе явления в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации (см. ) ,инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).
        Обычно Ф. г. конструктивно выполняют в виде плоской панели, собранной из отдельных ,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 нескольких квт/см 2.Отдельные 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 нескольких кв) или большие токи (до нескольких сотен а) при малом напряжении.
        Достоинства Ф. г. – портативность, практически неограниченный 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 космических летательных аппаратов, радиоприёмников и приёмно-передающих радиостанций, маяков и навигационных указателей, устройств антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов и т.п. Разработаны проекты создания солнечных электростанций большой мощности на основе Ф. г., снабженных концентраторами солнечного излучения.
        Лит.:Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопресбразователи, М., 1971.
         М. М. Колтун.

       Фотоэлектри'ческий гидв астрономии, вспомогательное фотоэлектрическое устройство, автоматически выполняющее 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.

       Фотоэлектри'ческий усили'тель, постоянного тока (напряжения), действие которого основано на увеличении тока в электрической цепи при освещении включенного в неё светочувствительного элемента ( , ) .Ток в цепи светочувствительного элемента зависит от яркости источника света и от площади освещаемой поверхности светочувствительного элемента. Соответственно этому Ф. у. подразделяются на две группы: к первой относятся фотоэлектронакальные, фотоэлектролюминесцентные и фотоэлектрогазоразрядные Ф. у., применяемые в качестве фотоэлектрических элементов автоматики для регулирования и регистрации различных процессов ( рис. , а, б, в); во вторую входят фотоэлектрооптические усилители ( рис. , г) и фотогальванометрические компенсационные усилители, используемые в качестве элементов точных электроизмерительных устройств.
      Принципиальные схемы фотоэлектрических усилителей с изменяющейся яркостью источника света (а — фотоэлектронакальный, б — фотоэлектролюминесцентный, в — фотоэлектрогазоразрядный) и с изменяющейся площадью освещаемой поверхности светочувствительных элементов (г — фотоэлектрооптический): U(I) вх— усиливаемое напряжение (ток); U(I) вых— выходной сигнал; Е — вспомогательный источник тока (напряжения); С — силитовый стержень; Ф — фоторезистор; R — резистор; 1 — люминисцентный источник света; 2 — фотопроводник; ГЛ — газоразрядная лампа; Л — источник света; О — фокусирующая линза; К — конденсор; Р — решетчатые диафрагмы; ФЭ — фотоэлемент; Г — гальванометр; З — зеркало гальванометра.

       Фотоэлектри'ческий фото'метр,см. в ст. .

       Фотоэлектри'ческий экспоно'метр, ,в котором яркость или освещённость объекта съёмки определяется при помощи фотоэлектрических (фотоприёмников) – или .Фотоприёмники включаются в цепь индикатора тока (обычно магнитоэлектрического 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. Экспозиционные параметры определяют при помощи механического калькулятора, на который переносят показания стрелки гальванометра (измерителя). В Ф. э. индикатором тока может служить (светодиод), включенный в диагональ .В таких Ф. э. для определения экспозиционных 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). Некоторые Ф. э. снабжены видоискателем, что позволяет одновременно со считыванием показаний наблюдать объект, яркость (освещённость) которого определяется. Конструктивно Ф. э. представляет собой портативный прибор, все основные узлы которого 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 фотографических аппаратов встроенный Ф. э. является самостоятельным прибором, калькулятор которого размещен на корпусе аппарата.
         С. В. Кулагин.
      Фотоэлектрический экспонометр «Ленинград-4»: 1 — входное окно фотоэлектрического экспонометра с линзовым растром, ограничивающим углом восприятия фотоприемника; 2 — переключатель диапазонов измерения; 3 — шкала измерителя; 4 и 7 — шкалы светочувствительности фотоматериала; 5 — вспомогательная шкала калькулятора, служащая для переноса отсчета со шкалы измерителя; 6 — неподвижный индекс вспомогательной шкалы калькулятора; 8 — шкала частот (скоростей) киносъемки; 9 — шкала значений диафрагмы; 10 — шкала выдержек; 11 — указатель (стрелка) калькулятора; 12 — стрелка гальванометра.

       Фотоэлектро'нная аэросъёмка,съёмка местности с воздуха и из космоса сканирующей аппаратурой, которая позволяет принимать излучаемые и отражаемые объектами электромагнитные волны, усиливать их и преобразовывать электронно-оптическим 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 последовательных 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. ) наибольшее значение приобрели инфратепловая и радиолокационная 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 внешний вид наземных объектов, а их тепловые свойства или характер отражения радиоволн, что позволяет использовать эти аэроснимки как источник дополнительной информации. 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 технических 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 нескольких атмосферных «окон пропускания» тепловых лучей используются соответствующие интервалам 3,4–4,2 мкмдля 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 оптического устройства, обеспечивающего большой угол обзора (порядка 60°). Современные приборы для этой Ф. а., называются аэросъёмочными тепловизорами, могут давать аэроснимки самых различных масштабов с геометрическим разрешением деталей на местности около 0,001 от высоты съёмки и передачей температурных различий в 0,5–1 °С. Поскольку тепловые контрасты на земной поверхности подвержены значительным изменениям – от сезона к сезону и в течение суток, в зависимости от экспозиции по отношению к солнцу и различий в тепловой инерции тел, работы искусственных источников тепла, а также от метеорологической 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 вулканической деятельности (зон температурных аномалий, выходов лавы, нагретых газов и вод) и мерзлотных явлений, выделении увлажнённых грунтов, исследованиях температурного режима и загрязнённости водоёмов и характера морских 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 периодическом контроле состояния посевов.
        Радиолокационная (радарная) аэросъёмка относится к числу активных Ф. а. и предназначена для регистрации отражённых наземными объектами электромагнитных волн радиодиапазона (от нескольких ммдо нескольких м) ,источником излучения и приёмником которых служит установленная на носителе радиолокационная система. В картографии наибольшее применение находит бокового обзора, работающая в интервале волн 1–3 см.Сканирование ведётся с помощью особого антенного устройства и обеспечивает получение изображения местности в виде двух широких полос, параллельных линии полёта. Преобладающие масштабы радиолокационных аэроснимков (см. вклейку к ст. ) 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, которая в свою очередь зависит от свойств и формы объектов, крутизны и направления склонов рельефа. Изменяя, с учётом этих особенностей, основные параметры станций (длину волн, частоту и форму импульсов), добиваются требующегося разделения на аэроснимках изображений изучаемых объектов. Радиолокационная Ф. а. может выполняться вне зависимости от времени суток и состояния атмосферы, т. е. является всепогодной. Благодаря способности радиоволн проникать на десятки смв земную поверхность основная сфера её применения – геологическая разведка и изучение льдов. Особенно существенно, что при этой аэросъёмке, по сравнению с обычной фотографической, обеспечивается значительно лучшая дешифрируемость разрывных тектонических нарушений, характера горных пород под растительностью, снегом и поверхностными наносами, механического состава (в особенности размеров частиц) последних и наличия примесей металлов, структуры ледовых образований, трещин и русел талых вод в толще льда. На радиолокационных аэроснимках чётче воспроизводятся наземные объекты, приуроченные к глубоко затенённым участкам. Поскольку по этим снимкам может быть построена стереоскопическая модель местности (с точностью определения высот до 15 м) ,они используются при изучении некоторых труднодоступных районов (полярные пустыни, экваториальные джунгли с постоянной облачностью и др.) для создания обзорного характера.
        Лит.:Смирнов Л. Е., Аэрокосмические методы географических исследований, Л., 1975: Харин 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 .
         Л. М. Гольдман.

       Фотоэлектро'нная спектроскопи'я,метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону Эйнштейна, сумма энергии связи вылетающего электрона ( ) и его кинетическая энергии равна энергии падающего фотона hn ( h – ,n – частота падающего излучения). По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе.
        В Ф. с. применяются монохроматическое рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков эв(что соответствует длинам волн излучения от десятых долей  до сотен ). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эвв рентгеновской области и до сотых долей эв вультрафиолетовой области).
        Метод Ф. с. применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутренних оболочках образующих их атомов зависят от типа химической связи (химические сдвиги), поэтому Ф. с. успешно применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи. В химии метод Ф. с. известен под название ЭСХА – электронная спектроскопия для химического 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. А. Ельяшевич.

       Фотоэлектро'нная эми'ссия,внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения (фотонов) в вакуум или др. среды. Практическое значение в большинстве случаев имеет Ф. э. из твёрдых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Основные закономерности Ф. э. состоят в следующем: 1) количество испускаемых электронов пропорционально интенсивности излучения; 2) для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности и температуре Т® 0 К существует порог – минимальная частота w 0(или максимальная длина волны l 0) излучения, за которой Ф. э. не возникает; 3) максимальная кинетическая 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 котором часть энергии может рассеяться; выхода электрона в др. среду через поверхность раздела. Количественной характеристикой Ф. э. является квантовый выход Y –число вылетевших электронов, приходящееся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела. Величина Yзависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.
        Ф. э. из металлов возникает, если энергия фотона ( – ,w – частота излучения) превышает металла еj. Последняя для чистых поверхностей металлов > 2 эв(а для большинства из них > 3 эв), поэтому Ф. э. из металлов (если работа выхода не снижена специальным 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 Y~ 10 -4электрон/фотон. Малая величина Yобусловлена тем, что поверхности металлов сильно отражают видимое и ближнее ультрафиолетовое излучение (коэффициент 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, которых в металле много (~ 10 22 см -3), и быстро рассеивают энергию, полученную от излучения. Энергию, достаточную для совершения работы выхода, сохраняют только те фотоэлектроны, которые образовались вблизи поверхности на глубине, не превышающей несколько 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 фотонов Yметаллов возрастает сначала медленно. При  = 12 эв Yчистых металлических плёнок (полученных испарением металла в высоком вакууме) составляет для Al 0,04, для Bi – 0,015 электрон/фотон. При  > 15 эв Rрезко падает (до 5%), a Yувеличивается и у некоторых металлов (Pt, W, Sn, Ta, In, Be, Bi) достигает 0,1–0,2 электрон/фотон. Случайные загрязнения могут сильно снизить j, вследствие чего порог Ф. э. сдвигается в сторону более длинных волн, и Yв этой области может сильно возрасти. Резкого увеличения Yи сдвига порога Ф. э. металлов в видимую область спектра достигают, покрывая чистую поверхность металла моноатомным слоем электроположительных (см. ) атомов или молекул (Cs, Rb, Cs 2O), образующих на поверхности дипольный электрический слой. Например, слой Cs снижает (и соответственно сдвигает порог Ф. э.: для W – от 5,05 до 1,7 эв, для Ag – от 4,62 до 1,65 эв,для Cu – от 4,52 до 1,55 эв,для Ni – от 4,74 до 1,42 эв.
        Ф. э. из полупроводников и диэлектриков. В и сильное поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов ,равных ширине запрещенной зоны D E(для прямых оптических переходов). При  » D E К» 10 4 см -1и с увеличением (возрастает до 10 5 см -1 .Порог Ф. э. , где c – ,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 (рождение ).