Номер 2, страница 170 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

2. Каков принцип работы фоторезистора?

2. Принцип работы фоторезистора основан на явлении внутреннего фотоэффекта в полупроводниках. Фоторезистор — это пассивный электронный компонент, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности падающего на него света.

Основным элементом фоторезистора является фоточувствительный слой, изготовленный из полупроводникового материала, такого как сульфид кадмия (CdS), селенид кадмия (CdSe) или сульфид свинца (PbS). Для понимания процесса рассмотрим зонную теорию твёрдого тела.

В полупроводнике существуют две основные энергетические зоны для электронов:

• Валентная зона, где электроны связаны с атомами кристаллической решётки и не могут свободно перемещаться.
• Зона проводимости, в которой электроны становятся свободными и могут участвовать в создании электрического тока.

Между этими зонами находится запрещённая зона — область энергий, которые электроны в кристалле иметь не могут. Ширина этой зоны $E_g$ является ключевой характеристикой полупроводника.

В темноте: При отсутствии освещения в зоне проводимости находится очень мало свободных электронов (только те, что попали туда из-за тепловой энергии). Из-за низкой концентрации свободных носителей заряда материал обладает очень высоким электрическим сопротивлением. Это сопротивление называют темновым.

При освещении: Когда на фоторезистор падает свет, фотоны, из которых состоит свет, взаимодействуют с электронами в полупроводнике. Если энергия фотона $E$ больше или равна ширине запрещённой зоны $E_g$, то электрон в валентной зоне может поглотить фотон и получить достаточно энергии для перехода в зону проводимости.

Энергия фотона определяется его частотой $\nu$ по формуле Планка:

$E = h\nu$

где $h$ — постоянная Планка. Условие для возникновения фотоэффекта: $h\nu \ge E_g$.

Каждый такой переход создаёт пару свободных носителей заряда: электрон в зоне проводимости и дырку (вакантное место с эффективным положительным зарядом) в валентной зоне. Оба этих носителя могут перемещаться под действием электрического поля, создавая ток.

Чем выше интенсивность освещения, тем больше фотонов падает на поверхность фоторезистора в единицу времени. Это приводит к генерации большего числа электронно-дырочных пар, то есть к резкому увеличению концентрации свободных носителей заряда. В результате общая проводимость материала значительно возрастает, а его сопротивление, соответственно, уменьшается.

Таким образом, существует обратная зависимость между освещённостью и сопротивлением фоторезистора: чем ярче свет, тем ниже сопротивление.

Ответ: Принцип работы фоторезистора основан на внутреннем фотоэффекте — явлении увеличения концентрации свободных носителей заряда (электронов и дырок) в полупроводнике под действием света. Падающие на фоточувствительный слой фотоны с достаточной энергией выбивают электроны из валентной зоны в зону проводимости, что приводит к увеличению электропроводности материала и, как следствие, к уменьшению его электрического сопротивления. Чем выше интенсивность света, тем ниже сопротивление фоторезистора.