11-ma’ruza: Har xil turdagi yarimo’tkazgichlarda fotoelektrik hodisalar

0n = eV_d„ (12)
bo’lgan, kovak n- sohadan p- sohaga o’tishda esa balandligi

(13)
b o’lgan potensial to’siqni yengib o’tadi. Bundan ko’rinadiki, bo’lgan holat amalga oshirilishi mumkin. Geteroo’tishga to’g’ri yo’nalishga mos tushadigan kuchlanish qo’yilganda to’g’ri tokning injeksion tashkil etuvchisi keng zonali yarim o’tkazgichning nomuvozanat holatdagi elektronlari bilan aniqlanadi.
Bunday hol odatdagi n — p- gomoo’tishda kuzatilmaydi. 2-rasmda turli geteroo’tishlarning energetik diagrammalari keltirilgan.
Shuni ta’kidlash kerakki, real (haqiqiy) geteroo’tishlarning energetik diagrammalari Anderson modeli bo’yicha olingan diagrammalardan katta farqlanishi mum­kin. Bu fark chegara sohasida katta zichlikka ega bo’lgan holatlar, sirt dipollari hosil bo’lishi bilan bog’langan. Bu o’zgarishlarni va zaryad tashuvchilarning yo’nalishlaryni hisobga olish VAXni nazariy hamda amaliy tekshirish natijalarining o’zaro mos kelishiga olib keladi.
Chegara sohasida sirt holatlarining va dipollarning paydo bo’lish tabiatini (sabablarini) va ularning real geteroo’tishlar energetik diagrammalari ta’sirini qisqacha ko’rib chiqaylik.
Geteroo’tishning chegara sohasida sirt holati energetik sathdari paydo bo’lishining asosiy sabablaridan biri — yarim o’tkazgich materiallari kristall panjaralari doimiylarining bir-biriga yaqin bo’lmasligi (nomuvofiqligi) dir. Geteroo’tishni tayyorlash jarayonida kirgan neytral va elektr jihatdan aktiv holatdagi har xil kirishmalar va nuqsonlar strukturalari takomiliga yetmagan materiallarning vujudga kelishiga sababchi bo’ladi. Buning okibatida davriy joylashgan to’yinmagan bog’lanish ko’rinishidagi katta miqdordagi nuqsonlar paydo bo’ladi (4rasm). Yuza birligiga to’g’ri kelgan to’yinmagan bu yerda a\ va «2 — kristall panjaralar doimiylari, S\ — doimiy, uning aniq qiymati materiallar strukturasi, kristall panjaralari va ularning o’zaro yo’nalishi (oriyentasiyasi) orqali aniqlanadi. Shunday to’yinmagan bog’lanishlar elektr jihatdan aktiv nuqsonlar bo’lib, ular kirishmalarning ko’chish (segregasiya) markazi vazifasini bajarishi mumkin.
Odatda, to’yinmagan bog’lanishlarning asosiy qismi kompensatsiyalangan (birmuncha tiklangan), katta bo’lmagan qismi esa aktiv bog’lanishlar bo’lib, materiallarning xossalariga ta’sir ko’rsatadi. Kristall panjaralar doi­miylari mos kelmasligi bilan bog’liq bo’lgan mexaniq kuchlanish (kuchlar) ta’sirida yarim o’tkazgichlar taqiqlangan zonalari mahalliy o’zgarish (variasiya)larga uchrashi va natijada xossalari anchagina o’zgarishi (o’tkazuvchanlik dislokatsiya yadrosi bo’yicha oshishi) mumkin.
Kristall panjaralar doimiylarining farqi kritik qiymatidan katta (taxminan 1 %) bo’lganda chegara qatlamidan boshlab o’sish tomonga yo’nalgan quyuk dislokasiya to’ri hosil bo’ladi. Natijada qalin qatlamlarda vujudga kelgan kuchlanishlar (asosan cho’zilish) yoriq (darz) paydo qilishi mumkin. Bunday turdagi dislokatsiyalar geteroo’tishni tashkil etgan namunalarni chegara sohasida kesish, sirtga mexaniq ishlov berishda shikastlanish tufayli paydo bo’lishi mumkin. Shunday qilib, haqiqiy geteroo’tish chegara sohasida kristall panjaralar doimiylarining mos kelmasligi taqiqlangan zonada mahalliy sirt holatlarining sathini, elementlarning diffuziyasi esa chegara sohasidagi birikmalarda ximiyaviy tarkiblarning stexiometrik jihatdan farqlanishini keltirib chiqaradi. Bunday holatlar o’zlarida zaryad to’plash qobiliyatiga ega bo’lib, chegarada bir qutbli zaryadlangan qatlam hosil qiladi va quyidagi hodisalarni keltirib chiqaradi:

Sirt holatlaridagi zaryad ta’sirida o’tkazuvchan zona chegara sohasidagi muvozanat holatga mos kelgan Fermi sathiga nisbatan ko’tarilishi yoki pastga tushishi mumkin, buning natijasida energetik diagramma o’zgaradi. Energetik holatlar ko’p miqdordagi rekombinatsiya markazlarini hosil qiladilar; bu teskari yo’nalish tokining kattaligi bilan tushuntiriladi.
Sirt holatlarining rekombinatsion harakteristikalari (xususiyatlari) chegarada zaryad tashuvchilarning effek­tiv rekombinatsiyasi tezligi R_3d, orqali aniqlanadi. Eng sodda hollarda rekombinatsiya tezligi Shokli-Rid formulasi orqali ifodalanadi.
Haqiqiy va ideal geteroo’tish xossalarining hamda energetik diagrammalarining farqlarini tushuntiradigan bir necha omillarni ko’rsatish mumkin. Masalan, chegara qatlami sohasida atom masshtabi bilan o’lchanadigan dipolning hosil bo’lishi. Bunday dipollar ximiyaviy reaksiyalar va elementlarning o’zaro diffuziyasi tufayli paydo bo’lishi mumkin. Shunga o’xshash dipollar yana chegara sohasida joylashgan dielektrik qatlamning qarama-qarshi tomonlarida zaryadlarning mavjud bo’lishi tufayli va chegara sohasining ikki tomonida hajmdagi qarama-qarshi ishorali zaryadlangan nuqsonlarning fazodagi taqsimoti hisobiga ham paydo bo’lishi mumkin. Oxirgi holatda zaryadlar qatlami kalinligi bir necha o’n nanometr bo’lishi mumkin.
Sirt zaryadlari qatlamining juda katta zichlikka ega bo’lishi natijasida chegara sohasida yarim o’tkazgichlarining sirtlarida Fermi sathdari muayyan (belgilangan) qiymatga ega bo’ladi va oqibatda sirt dipollari paydo bo’ladi. Ikki yarim o’tkazgichning chegara sohasida atom o’lchovlari tartibidagi shunday qatlamning paydo bo’lishi chiqish ishlari har xil bo’lgan ikki metall namunaning kontaktlashishiga o’xshashdir. Shunday qilib, sirt dipollari hamda zichligi Q_ss bo’lgan sirt zaryadlari ta’sirida diffuzion potensial o’zgaradi. Bularni hisobga olgan holda, n — p geteroo’tish uchun diffuzion potensial quyidagicha aniqlanadi:
(14)
bu yerda tpd — o’tishda dipol hosil qilgan kuchlanish. Shuni eslatib o’tamizki, bu holda ham V_d = (xoi — x02)/ye o’rinli bo’ladi, lekin potensialning taqsimoti Anderson modelinikidan farqli bo’ladi. Kontakt potensiallar ayirmasining qiymatlari V_dn va V_dp Anderson modeli bilan xleoblangan qiymatiga teng bo’lmaydi. AYe_S va AE_V larning qiymatlari o’zgarmaydi va modeldagi kabi xossalarga ega.
Ma’lumki, geteroo’tishlarni hosil qilishda ataylab yoki tasodifan chegara sohasida oraliq qatlam paydo bo’lishi mumkin. Bu oraliq qatlamda I yarim o’tkazgichdan II yarim o’tkazgichga o’tish materiallar xossalarining ohista o’zgarishi bilan bo’ladi. Sirt dipoli elektr maydon kuchlanganligi bilan bog’liq bo’lgan zonalar to’la egriligi, yuqoridagiga o’xshash, quyidagicha aniqlanadi:

bu erda ∆ ⁄ e potensialning sirt dipoli ta’sirida elektrostatik o’zgarishi aniqlandi.