Внутренний фотоэффект
Поток фотонов нельзя рассматривать как непрерывный поток. Он представляет собой поток отдельных порций энергии – квантов.
При облучении полупроводника таким потоком фотоны отдают свою энергию валентным электронам, освобождая их от ковалентных связей. Если эта энергия превышает ширину запрещенной зоны, то электроны смогут перейти из ВЗ в ЗП, т.е. возникнет фотогенерация (ее еще называют внутреннимфотоэффектом).
Фотогенерация – это процесс образования пар электрон + дырка в полупроводнике при его электромагнитном облучении.
Возникшие в результате фотогенерации НЗ увеличивают проводимость полупроводника. Проводимость, вызванная действием фотонов, называется фотопроводимостью.
Рассмотрим собственный полупроводник:
W hv 
Ө ni Ө nф
Wп
генерация фотогенерация 
W
Wв
Өpi Ө pф
∆W – ширина запрещенной зоны;
pi, ni – концентрация дырок и электронов, образованных в процессе генерации;
pф, nф – концентрация дырок и электронов, образованных в процессе фотогенерации.
У металлов явление фотопроводимости отсутствует, т.к. у них огромна концентрация свободных электронов (N 
1022 1/см3) и не может заметно возрасти под действием облучения.
Внешний фотоэффект
Внешний фотоэффект – это появление фото-ЭДС в p-n переходе при его электромагнитном облучении.
p 
n
ОНЗ 
Ө ОНЗ
+ -
+ ННЗ Ө -
+ ЕВН ННЗ -
PV
+ –
Поток падающих на p-n переход фотонов вызывает фотогенерацию пар носителей заряда, т.е. возникает внутренний фотоэффект. Образовавшиеся при этом носители заряда под действием внутреннего поля ЕВН начинают перемещаться: дырки двигаются по направлению поля, а электроны – против. В результате этого перемещения в p-области скапливаются положительные заряды, а в n-области – отрицательные. Возникает разность потенциалов. Если к такому переходу подключить микровольтметр, то прибор покажет какое-то напряжение, которое и является фото-ЭДС.
Фото-ЭДС – это разность потенциалов, возникающая в результате разделения внутренним полем перехода носителей заряда, образовавшихся за счет электромагнитного облучения перехода.
Пьезоэффект
Пьезоэлектрический эффект был открыт братьями Кюри в 1880г. Пьезоэффект бывает прямой и обратный.
Прямой пьезоэффект – это процесс образования равных, но противоположных по знаку электрических зарядов на противоположных гранях некоторых кристаллических тел, называемых пьезоэлектриками, при давлении на эти тела.
Если изменить направление деформации, т.е. не сжимать, а растягивать пьезоэлектрик, то заряды на гранях изменят знак на обратный. К пьезоэлектрикам относятся кварц, сегнетова соль, титанат бария и т.д.
Обратный пьезоэффект – это процесс сжатия или расширения пьезоэлектрика под действием электрического поля в зависимости от направления вектора напряженности поля.
Для практических целей применяют пьезоэлектрики различной формы: прямоугольные или круглые пластинки, цилиндры, кольца. Пьезоэлемент помещают между металлическими обкладками или наносят металлические пленки на противоположные грани пьезоэлемента. Таким образом получается конденсатор с диэлектриком из пьезоэлектрика.
Если к такому пьезоэлементу подвести переменное напряжение, то пьезоэлемент за счет обратного пьезоэффекта будет сжиматься и расширяться, т.е. совершать механические колебания. В этом случае энергия электрических колебаний превращается в энергию механических колебаний с частотой, равной частоте приложенного переменного напряжения. Так как пьезоэлемент обладает собственной частотой механических колебаний, то возможно явление резонанса, когда частота приложенного напряжения совпадает с собственной частотой колебаний пластинки. При этом получается максимальная амплитуда колебаний пластинки пьезоэлемента.
Если на пьезоэлемент воздействовать механически с некоторой частотой, то возникает переменное напряжение той же частоты. В этом случае механическая энергия преобразуется в электрическую, и пьезоэлемент становится генератором переменной ЭДС. Таким образом, можно сказать, что пьезоэлемент является колебательной системой с электромеханическими колебаниями.
На основе пьезоэффекта работает кварцевый резонатор, содержащий кварцевый элемент, электроды и кварцедержатели, помещенные в герметичный металлический или стеклянный баллон.
Эквивалентная схема кварцевого резонатора:
L, С, R – параметры кварцевого элемента. Индуктивность L отражает инерционные свойства кварцевой пластики, С – характеризует ее упругие свойства и активное сопротивление, R – сопротивление потерь. Cо – паразитная межэлектродная емкость.
Как видно из эквивалентной схемы, кварцевый резонатор имеет два резонанса: последовательный (частота которого зависит от параметров резонатора L и С) и параллельный (частота которого зависит от паразитной межэлектродной емкости Со). Частота последовательного резонанса является более стабильной, чем частота параллельного резонанса. На практике используют оба вида резонанса.
Кварцевые резонаторы успешно работают в полосе частот от 70 Гц до десятков МГц. На их основе работают кварцевые генераторы, обеспечивающие высокую точность и стабильность частоты.
