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

Tunnel — rekombinatsiya toki. Bir kancha tipdagi n — p- geteroo’tishlarda VAXni tajribaviy tek­shirish natijalari shuni ko’rsatadiki, to’g’ri kuchlanish tarmogida ln/ = /(V) bog’lanishni ifodalovchi chiziqning ogish burchagi temperaturaga deyarli bog’liq emas. Boshka tomondan / tokning temperaturaga bog’liqligi odatda yarim o’tkazgichli asboblarnikiga qaraganda juda kuchsiz bo’lib, metall — oksid — yarim o’tkazgich va tunnel diodlarnikiga yaqindir. Vaholanki, metall — oksid — yarim o’tkazgich strukturalarining xossalari asosan tunnel effekti bilan aniqlanadi. Shunga asoslanib bu geteroo’tishlarda tok okssh mexanizmlarining asosiysi tunnel mexanizm deb faraz qilingan. Bir necha mualliflar tomonidan VAX ning to’g’ri tarmogidagi kuchlanishning katta va kichik bo’lgan sohalarini tushuntirishda zaryad tashuvchilarning bir necha tunnel o’tishlar modellari va boshqa mexanizmlar taklif qilingan. Shunday modellardan ba’zi birlarini ko’rib chiqamiz:
Zonalar ichida (o’tkazuvchan va valent zonalar ichida) tunnel o’tish modeli. Bu model chegara sohasida o’tkazuvchan zonada paydo bo’lgan nisbatan baland, tor «cho’qqi» ko’rinishidagi to’siqdan elektronning o’tishga (d- rasm) yoki kovakning valent zonada paydo bo’lgan shunday to’siqdan o’tishiga asoslangandir. Birinchi holda elektron bir materialning o’tkazuvchan zonasidan ikkinchisinikiga, ikkinchi holda kovak bir materialning valent zonasidan ikkinchisinikiga o’tadi va mos ravishda elektron-kovak tunnel toklari paydo bo’ladi. Tunnel o’tishining ikkinchi modeli birinchi modelning bir ko’rinishi bo’lib, qalinligi doimiy bo’lgan to’siqdan tunnel o’tishga asoslangan (metall — oksid — metall) modeliga o’xshashdir.
Geteroo’tishlarda sig’im va VAX ni tekshirish natijalari bunday modelning bo’lmasligini ko’rsatadi. Tunnel o’tishining uchinchi modeli (Rayben modeli) zaryad tashuvchi­larning yupqa to’siq orqali zonalararo o’tishiga asoslanadi. Zonalararo tunnel o’tishining umumlashtirilgan Rayben-Foyxt modelida chegara sohasida tunnel o’tish jarayonidan so’ng kambag’allashgan sohada holatlar orqali rekombinatsiya sodir bo’ladi, degan faraz yotadi. Bu modellar asosida zaryad tashuvchilar o’tish mexanizmlarini tunnel diodlaridagi ortiqcha tok oqish mexanizmlariga o’xshash deb olish yotadi. Rayben va Foyxt zaryadlar ko’chish tezligini chegaralovchi jarayonni tunnel o’tish deb faraz qilib, – elektronning o’tishiga mos kelgan to’g’ri tokning ifodasini quyidagi ko’rinishda oladilar:
(18)

bu yerda i_g= 1 + W_nn_n /"Ґ_rr_r; N_t — taqiqlangan zonadagi tutqichlar konsentratsiyasi, t* — elektronning effektiv massasi, V — doimiy miqdor (konstanta). (18) ifoda-ning tahlilidan ko’rinadiki, VAXning to’g’ri tarmogida 1p/ bilan kuchlanish V orasidagi bog’lanish to’g’ri chiziqli bo’lib, og’ish burchagi temperaturaga bog’liq emas. Tunnel tokining temperaturaga bog’liq ravishda o’zgarishi asosan diffuzion potensial (Vd) ning temperaturaga bog’liqligi oqibatida bo’ladi. Ko’p anizotip (pGe-nGaAs, nGe-pGaAs, nGe-pSi) geteroo’tishlarning VAXlari to’g’ri tarmog’ini tajribaviy tekshirish natijalari 1p/ = /(u) bog’lanishda kiyalik burchagi har xil bo’lgan ikki yoki uchdan ortiq to’g’ri chiziqli sohalar borligini ko’rsatadi. Kichik kuchlanishlar sohasida VAXda \nl = f(v) ning qiyaligining temperatu­raga bog’liq ravishda o’zgarishini, ya’ni ogish burchagi tangensining temperaturaga teskari proporsional ravishda kamayishini tokning rekombinatsion tashkil etuvchisining ustunligi bilan tushuntirish mumkin. Katta kuchlanishlar sohasida har xil temperaturalar uchun olingan VAXning to’g’ri chizigiy sohasida kiyalik temperaturaga bog’liq emas. VAX (\nl = f(v)) da kuzatilgan ikki yoki undan ortik to’g’ri chiziqli qismlar tok oqishining bir mexanizmidan ikkinchisiga o’tishi tufayli paydo bo’ladi. Bu tajriba natijalarini, taqiqlangan zonasi keng bo’lgan yarim o’tkazgichdan (GaAs, Si) zaryad tashuvchilar kambag’allashgan hajmiy zaryad sohasiga injeksiya bilan o’tadi va ular tor zonali yarim o’tkazgichdan tunnel orqali o’tgan zaryad tashuvchilar bilan rekombinatsiyalashadi, degan faraz bilan tushuntirish mumkin.
Bu modelda rekombinatsiya va tunnel toklari o’tishning chegara qismidan ketma-ket okadi, rekombinatsiya toki kuchlanish ko’payishi bilan tunnel tokiga Qaraganda tezrok ortadi, kjori kuchlanishlarda to’la tok tunnel jarayonlari bilan cheklanadi (chegaralanadi). Geteroo’tishlarda VAXning teskari tarmogida kuchlanish tokining keskin oshishi ko’chkili te shili sh jarayonlarining avj olishi bilan tushuntiriladi.