3-amaliy mashg’ulot: Ichki fotoeffekt hodisasiga doir masalalar yechish. Ichki fotoelektrik effekt

Fotonli effektlar.
Fotonli o’zaro ta’sirga asoslangan fotopryomnik mexanizim asosida, fotonni modda bilan har qanday o’zaro ta’siri yotadi, Ya’ni foton- erkin elektron bilan ta’siri, fotonni- bog’langan electron bilan o’zaro ta’siri va hokazo.
Barcha hollarda fotonga sezgir material sifatida yarimo’tkazgichlar ishlatiladi.
Fonli effektlar ikki tur bo’ladi: ichik va tashqi.

• 
  Ichki fotoeffektda- nurlanish tufayli paydo bo’lgan elektron va kovaklar shu yarimo’tkazgich moddaning ichida qoladi.
  
• 
  Tashqi fotoeffektda- (fotoemissiya) nurlanish tufayli elektronlar modda sirtidan uzib chiqarilib fazoga uzatiladi va so’ng kuchaytiriladi.
  

Ichki fotoeffektni bir qancha turlari mavjud. Yorug’lik Kristal atomidagi elektron bilan yoki yot aralashma atomidagi elektron bilan ta’sirlashib uzib olish mumkin. Shunga qarab aralashmali ( aralashmal) fotoeffekt va hususiy (собтвеннiy) fotoeffektga bo’linadi.
Fotoeffektga asoslangan fotopryomniklarda inertsion effektlar kam bo’ladi (masalan issiqlik effektiga asoslangan fotopryomniklarga nisbatan) fotosezgirlik, to’lqin uzunligi ortishi bilan ortib orib, uzun chegaraga yetganda fotosezgirlik no’lga tushadi. Ultrabinafsha, infiraqizil va ko’rinuvchi spektrlarda ishlovchi fotopryomniklar uzun to’lqin chegarasi (2- 3 mkm) bo’lib, xona temperaturasi 295- 300⁰ K da ishlay oladi. Ularni sovutish shart emas.
Uzun to’lqin chegarasi yuqori bo’lgan fotopryomniklar (4- 5 mkm ) ni sovutish talab qilinadi (195⁰ K gacha). Ko’plab infiraqizil nurlanish fotopryomniklarini esa 77⁰ K gacha sovutish kerak.
Amalda fotoo’tkazuvchanlikka, fotogalvanik effektga va fotoemission efektga asoslangan fotopryomniklar ko’p ishlatiladi.
Fotoo’tkazuvchanlik
Bu hodisa amalda keng ishlatiladi. Bunda nurlanish ta’sirida yarimo’tkazgichni elektro’tkazuvchanligi ortadi.

12. 
    - rasmda fotoo’tkazuvchanlikni qayd qiluvchi sxema ko’rsatilgan.
    

12– Rasm
Fotoo’tkazuvchanlikni deyarli barcha yarimo’tkazgich elementlarda kuzatish mumkin.
Hususiy fotoo’tkazuvchanlida yorug’lik energiyasi hν taqiqlangan zona kengligidan E_g dan ata bo’lishi kerak
hν ≥ E_g ; (9)
h- plank doimiysi, ν- foton chastotasi, c- yorug’lik tezligi, λ- nurlanish (foton) ning to’lqin uzunligi. Demak hususiy fotoo’tkazuvchanlikning uzun to’lqin chegarasi quydagicha yoziladi.
, (10)
Agar λ > λ₀ bo’lsin Fotoo’tkazuvchanlik kuzatilmaydi.
Hususiy fotoo’tkazuvchanlikka doir energetic diagramma

Aralashmali fotoo’tkazuvchanlik- fotonnig aralashma atomidagi elektronda yutilib uni o’tkazuvchanlik zonasiga olib chiqishga asoslangan.
Aralashmali yarimo’tkazuvchanlikka doir nergetic diagramma

Bunda uzun to’lqin chegarasi
(11)
E_i – aralashma atomidagi elektronni ionizatsiya (uzib olish) energiyasi. Hususiy va aralashmali fotoo’tkazuvchanlikni ifodalovchi asosiy formula quydagicha:
(12)
Bu yerda: i_so – fototok (ya’ni – qorong’ilikdagi tokka),
η – kvantefektivligi (ya’ni – bitta foton yutilganda paydo bo’luvchi tok tashuvchilar soni).
Q – electron zaryadi.
N_λ – λ to’lqin uzunligidagi fotonlar soni.
G – ichki kuchaytirish koeffitsenti, ya’ni foton yutilishida paydo bo’lgan tok tashuvchilarni yashash vaqti oralig’ida tashqi zanjirdan o’tayotgan tok tashuvchilar soni.
Fotoo’tkazuvchanlik – avvalo, nurlanish ta’sirida asosiy tok tashuvchilarni kontsentratsiyalariortishidir (n – tip yarimo’tkazgichda elektronlarni va p – tip yarimo’tkazgichda kovaklarning ortishidir).
Fotoelektrik kuchaytirish koeffitsenti deb – erkin tok tashuvchilarni yashash vaqti τ, uchib o’tish vaqtiga aytiladi:
(13)
Bu formulada: τ – asosiy tok tashuvchilarning yashash vaqti , ularning uchib o’tish vaqti esa:
(14)
l – yarimo’tkazgich kontaktlari orasidagi masofa, μ – xarakatchanlik, V_A – qo’yilgan kuchlanish.
Demak fototokni quydagicha yozish mumkin:
(15)
Monoxramayik nurlanish quvvati P_λ , birlik vaqt ichida yarimo’tkazgichga yutilayotgan fotonlar soni bilan quydagicha bog’langan:
(16)
Buni hisobga olsak fototokni quydagicha yozish mumkin:
(17)
Shunday qilib, fototok i_so , nurlanish quvvatiga P_λ va yo’lqin uzunligiga λ – to’g’ri proporsional ekan.
Fotoqarshilik (yoki fotopryomnik)ning yana bir muhim xarakteristikasi – uning ishlash tezligidir. Tezligi – asosan asosiy tok tashuvchilarning yashash vaqti va qopqon o’ralarga tutilib qolish vaqti bilan belgilanadi.