Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
энергетическая "ширина" запретной зоны больше (Д?>ЗэВ), чем у
полупроводников (Д-ЕОэВ). Следовательно, у полупроводников электрический
ток возникает только тогда, когда электрон из валентной заполненной зоны
попадает в зону проводимости, т. е. приобретает внешнюю энергию, равную
или большую АЕ. Одним из источников этой энергии является свет. При
освещении резко возрастает электропроводность - явление фотопроводимости.
"Ширина" запретной зоны определяется по красной границе электропро-
6. Миграция энергии
27
модности, т. е. максимальной длине волны (минимальной •энергии кванта)
монохроматического света, способного увеличивать электропроводность
объекта. Только начиная с момента, когда hv = AE, свет увеличивает
электропроводность вещества.
Явление фотопроводимости широко используется для обнаружения у веществ
полупроводниковых свойств, способности к зонной миграции энергии. Наряду
с собствен-
а f
Рис. 6. Схема расположения энергетических уровней в полупроводнике и
фотопроводимость:
а: 1 - валентная (заполненная) зона; 2 - запрещенная зона; 3 - зона
проводимости; 4 и 5 -примесные уровни; АЕ, АЕ\ н АЕц - энергетическая
ширина запрещенной зоны н энергетическое расстояние примесных уровней от
зоны проводимости; б: 1 - переход электрона в зону проводимости под
действием кванта света; 2 - переход электрона на примесный уровень
(ловушку) с возвращением в зону проводимости; 3j и Эг - электроды
ной возможна и примесная полупроводимость, когда электроны поставляются в
зону проводимости не из валентной зоны основного вещества, а из примесей,
входящих в состав решетки и имеющих энергетические уровни, лежащие между
валентной и проводящей зоной (рис. 6).
Перейдя под действием внешней энергии из валентной зоны в зону
проводимости, электрон оставляет в ней свободный энергетический уровень,
электронную вакансию- дырку. Как и сам электрон в зоне проводимости,
дырка способна свободно, без дополнительной активации перемещаться по
валентной зоне в результате обменных реакций соседний электрон -
электронная вакансия. Поэтому различают дырочную (р - positive) и
электронную (п - negative) полупроводимости. Дырочная полу-
28
Глава I. Взаимодействие света с веществом
проводимость возникает у кристаллов, у которых электроны в зоне
проводимости быстро захватываются ловушками. Вслед за возникновением пары
электрон - дырка могут происходить следующие события: 1) быстрое (КНс)
падение электрона и рекомбинация его с дыркой - люминесценция или
деградация энергии в тепло; 2) перемещение как единого целого пары
электрон-дырка - экситон, которое не сопровождается увеличением
проводимости и сводится, по существу, к миграции энергии; 3) независимые
перемещения электрона и (или) дырки по своим зонам, которые
сопровождаются ростом проводимости и представляют собой миграцию как
электрона, так й связанной с ним потенциальной энергии. При достижении
подходящего электронного уровня (расположенного ниже) "примесной"
молекулы, атома или иона электрон может упасть на него, отдавая свою
энергию и инициируя реакцию восстановления вещества. Сходным образом и
дырка в пространственном отдалении от места возникновения в состоянии
воспринять электрон от донора (реакция окисления); 4) оказавшись "около"
примесных уровней кристалла, расположенных ниже зоны проводимости, но
выше валентной зоны, электрон зоны проводимости падает на них и попадает
в так называемую ловушку, из которой он может выбраться только с помощью
источника внешней энергии - тепловых или световых квантов с энергией,
большей или равной Елов- Поэтому энергия электронного возбуждения
оказывается законсервированной, а полупроводник выступает в роли
аккумулятора свободной энергии. Нагревание или освещение полупроводника
восстанавливает заселенность электронами зоны проводимости и
сопровождается процессами термолюминесценции и индуцированной светом
люминесценции.
Так как ЕНч>Елов (см. рис. 6), то при освещении красным или инфракрасным
светом спектр люминесценции может располагаться в синей или даже
ультрафиолетовой области с кажущимся нарушением первого закона
термодинамики.
Следовательно, в противоположность другим механизмам миграции энергии
полупроводниковый, зонный, перенос связан с транслокацией не только
энергии, но и зарядов, что делает возможным пространственное разде-
1. Основные закономерности фотохимии
29
ление первичного окислителя (дырка) и первичного восстановителя
(электрон), а также длительное запасание энергии в ловушках электронов.
Рекомендуемая литература
Баренбойм Г. М., Доманский А. И., Туроверов К. К. Люминесценция
биополимеров и клеток. Л., 1966.
Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения. Л., 1977.
Владимиров Ю. А. Фотохимия и люминесценция белков. М., 1965.
Владимиров Ю. А., Литвин Ф. Ф. Фотобиология и спектральные методы
"исследования. М., 1964.
Гуринович Г. П., Соловьев К. Н., Севченко А. Н. Спектроскопия хлорофилла
и родственных соединений. Минск, 1968.
