npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2018; 68: 459-466

Published online April 30, 2018 https://doi.org/10.3938/NPSM.68.459

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Characteristics of the Photocurrent Limited by the Space Charge

공간 전하에 의해 제한된 광전 효과의 광전류 특성

Hye Jin HA, Sang Ho SOHN*

Department of Science Education, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea

Correspondence to:shsohn@knu.ac.kr

Received: December 15, 2017; Revised: February 19, 2018; Accepted: March 5, 2018

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

The relationship between the photocurrent ($I$) and the applied voltage ($V$) was evaluated theoretically by considering the space charge, and the result was compared with the experimental values. The photocurrent derived in this study varied as $V^{3/2}$, similar to the Child-Langmuir law, except for terms related to the initial velocity of photoelectrons and to the light intensity. The apparatus used for the photoelectric-effect measurement was composed of a mercury light source and a photoelectric tube with a BaO photodetector. Comparing the experimental values to the calculated ones, the photocurrent was found to depend on $V^{3/2}$ at low and reverse voltages with space charges and on $V^{1/2}$ at high voltages without them. The critical voltage of the space-charge-limited currents is related to both the intensity and the frequency of the illuminated light. The space charge is an important factor influencing the photocurrent characteristics of the photoelectric effect.

Keywords: Photoelectric effect, Photocurrent, Space charge

음극으로부터 거리에 따른 공간 전하가 만들어내는 정전 포텐셜의 변화를 고려하여 광전 효과의 광전류($I$)와 광전관의 두 전극에 걸린 전압($V$)의 관계를 이론적으로 구하고, 실험을 통해 얻은 I-V 측정값과 비교하였다. 도출된 광전류 식은 $V^{3/2}$에 의존하며 2극 진공관의 전류 특성인 Child-Langmuir 법칙과 유사하였지만 전자의 초기속도와 빛의 세기에 관련된 항이 추가된 형태를 보인다. 실험은 수은 광원과 BaO 음극 물질을 가진 광전관으로 수행하였으며, 빛의 진동수($\nu$)와 빛의 세기를 바꾸어 가며 광전류를 측정하였다. 실험값과 도출된 이론식에 의해 계산된 값을 비교한 결과, 공간 전하에 영향을 받는 역전압과 저전압 영역에서 광전류는 $V^{3/2}$에 의존하는 것으로 나타났으며, 공간 전하의 영향을 받지 않는 고전압 영역에서는 $V^{1/2}$에 의존함을 확인할 수 있었다. 또한 공간 전하 효과가 지속되다가 사라지는 공간 전하 임계 전압은 쪼여준 빛의 세기와 진동수 $\nu$에 비례하였으며, $V$가 0일 때의 전류값 $I_0$는 공간 전하 효과로 인해 $\nu^{3/2}$에 의존하였다. 공간 전하는 광전 효과의 광전류 특성에 영향을 미치는 중요한 인자임을 알 수 있다. 

Keywords: 광전 효과, 광전류, 공간 전하

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