Fotoelektrik Nedir? Tarihi ve Çeşitleri Nelerdir? Işık ışınımlarının yol açtığı elektrik olaylarının incelenmesi ve bunlardan yararlanan teknik. Bu olaylar, dalga uzunluğu gözle görünür, kızılötesi ya da morötesi tayfında yer alan bir ışınımın taşıdığı ışık enerjisinin dönüşümünü açıklar. C=300 000 km/s (boşlukta) hızla fırlatılmış fotonlar, yani ışınımı oluşturan enerji tanecikleri W=h.f eşitliğiyle belirlenen bir enerji taşırlar (h = 6,62.10-34 j.s, Planck sabiti; f ışınım frekansı). Bazı cisimlerde, bu enerji, atomlardan koparılan elektronların serbest kalmasını sağlar; iç ya da dış etkiler olabilir. Bunlardan elektronikteki birçok uygulamada yararlanılır: Fotometri, televizyon, filmlere kaydedilen seslerin üretilmesi, otomatik düzenler, röleler.
Fotoelektrik Tarihi
1839 yılında Becquerel fotovoltaik olayı tanımladı, 1878’de May fotoiletkenliği buldu, XIX. yy’ın sonlarına doğru, Hertz, havadaki bir elektrik boşalımının morötesi ışıkla kolaylaştığını saptadı. Aynı dönemde, Wiedemann ile Ebert ve Hallvvachs deneyleriyle, negatif olarak elektriklenmiş metal bir levhanın, morötesi ışınımlar açısından zengin bir ışıkla aydınlatıldığında yükünü yitirdiğini gösterdiler, j.j. Thompson dış fotoelektrik olayının bir elektron yayınımı olduğunu ortaya çıkardı (1897). 1905 yılına doğru Einstein, fotoelektrik yayınıma Planck’ın(1900) kuvantum kuramım uyguladı.
Son yıllarda yarı-iletkenlerle ilgili olarak görülen gelişme, ışığın bu cisimler üstündeki iç etkilerinin kullanılarak, çok duyarlı fotoelektrik hücrelerin gerçekleştirilmesini sağlamıştır.
Fotoelektrik tüpler
Fotoelektrik tüpler, fotoyayınım (ışıkla elektron yayma) olayından yararlanırlar.
VAKUMLU FOTOELEKTRİK TÜP, havasız bir ampul içinde çok yayıcı bir alkali metalden (sezyum, potasyum, vb.) oluşmuş birnegatif elektrot (fotokatot) ve katodu aydınlatan ışıklı demetin geçmesini sağlayan metal çubuk ya da çember biçiminde pozitif bir elektrot (anot) içerir; katot, çoğunlukla ampulün iç yüzeyinde gerçekleştirilen bir çökeltiden olüşur. Yeterli bir V gerilimi (birkaç düzine voltluk)için devredeki akım ışık akışıyla orantılıdır.
Tübün duyarlılığı 20-60 nA/Lme (lümenbaşına mikroamper) erişebilir ve alınan ışınımın dalga uzunluğu ile fotokatotun yapısına göre değişir. Vakumlu fotoelektrik tüpler çok kesin fotometri ölçümlerinde kullanılabilirler; akım şiddetinin düşük olması, çoğu kez bir amplifikatörün (kuvvetlendirici) kullanılmasını gerektirir.
GAZLI FOTOELEKTRİK TÜP’ün de benzer bir yapısı vardır. Ampule çok düşük basınçlı (0,1 mm cıva) bir asal gaz (argon) doldurulur. Gazın iyonlaşması, katotun fotoyayıcı etkisinin neden olduğu akımı artırır. Böyle bir tüpün duyarlılığı 200 PA/Lm’e erişebilir ama, akım ışık akışıyla orantılı değildir ve olay, yüksek frekanslarda ışık değişimlerine belli bir duyarsızlık gösterir. Gazlı tüp, çoğu kez bir otomatik sistemin kumanda rölesi olarak ya da filme kaydedilen sesin yeniden elde edilmesinde kullanılır.
Fotoseller
İç fotoelektrik etkiden yararlanırlar. FOTOİLETİM. Yarı-iletkenlerin pek çoğunda, ışık tarafından etkilendiğinde bir elektrik direnci düşüşü gözlenir. Görünür ışığa duyarlı selenyumlu, talyum sülfürlü ya da kadmiyum sülfürlü, kızılötesine duyarlı kurşun sülfürlü fotodirençli hücreler kullanılır. Bunlar, genellikle bir yarı-iletken tabaka üstüne yerleştirilmiş, iç içe sokulmuş dişli tarak biçimli iki elektrot içerirler (Çiz. 1). Duyarlılıkları lümende onda bir amperden birkaç ampere kadar değişebilir, ancak ışık değişimlerine karşı olan eylemsizlikleri duyarlıklarıyla birlikte artar.
FOTOPİLLER
Yarı-iletken (sözgelimi, silisyum) cisimlerden yapılan fotopiller ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürürler. Bu üretecin elektromotor kuvveti ışık akışıyla orantılıdır (onda bir-iki volta kadar). Fotopiller görünür ışıkta çok duyarlıdırlar; aydınlık ölçümünde pozometre ve lüksmetrelerde kullanılırlar. Uzaya yollanan uyduların donatıldığı “güneş pilleri” bataryaları fotovoltaik hücrelerden yapılmıştır.
FOTODİYOTLAR
Bir cam yüzeyinin odakladığı bir ışık demetinin aydınlattığı bağlantılı (jonksiyon) diyotlardır (Çiz.2). Bir fotodiyot, “ters” yönde kutuplanacak biçimde devreye yerleştirilir. Karanlıkta sıfır olan ters akım, alınan ışık akışıyla artar. Bir fotodiyotun duyarlılığı, görünür frekanslarla morötesi ve kızılötesini de içeren birband için 30 mA/Lm’e erişebilir. Çok küçük hacimli olan fotodiyotlardelikli şeritlerin okunması ve sayılmasında çok kullanılırlar.
FOTOTRANSİSTORLAR
Bunlar transistorlar gibi iki jonksiyonlu yarı-iletken malzemeden yapılmış bileşenlerdir. Böyle bir öğenin tabanına yönlendirilen ışıklı bir demet devreden bir akımın geçmesini sağlar; bu akımın şiddeti alınan ışık akışıyla artar. Bir fototransistor bir kaç miliamperlik bir akımın denetiminde kullanılabilir ve fotodiyottan daha yüksek bir duyarlığı vardır; bu duyarlık 1 A/Lm’e erişebilir. Sayım düzenlerine yerleştirilen bir fototransistor elektromagnetik bir röleyi kontrol edebilir.
ÇOĞALTMALI FOTOTÜP (FOTOÇOĞALTICI).
İçinde aynı anda bir elektron yayınımı ve bir kuvvetlen-dirmenin gerçekleştirildiği vakumlu bir fotoelektrik tüptür (Çiz. 3). Aydınlatıldığında elektron yayan bir fotokatot ve dinot adı verilen bir dizi anot içerir. Anota yaklaşıldıkça dinotların potansiyeli ile gittikçe artar. Bir dinottan öbürüne fırlatılan elektronlar,her birinde ikincil bir elektron yayınımına yol açarlar; bunlar alınan elektronlara katılır (birincil elektronlar). Her dinot hareket halindeki elektronları çoğaltır. Son anota gelen elektronların akışı, bir akıma denk düşer: U = AIk. Burada, IK fotokatot akımı (fotoelektrik etkiyle yaydığı elektron sayısına denktir) ve Atübün kuvvetlendirme katsayısıdır (genellikle bir milyonu aşar). Çoğaltmak fototüpler, özellikle zayıf ışınımların ölçümünde, bir parıltı doğurucu ve bir sayım düzeniyle birlikte de nükleer ışınımların ölçümünde kullanılırlar.