4-mavzu. Nomuvozanat holatdagi generatsiyalash. Reja

4-mavzu. Nomuvozanat holatdagi generatsiyalash.
Reja:
1. Nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilarni katta energiyali fotonlar ta’sirida generatsiyalash.
2. Nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilarni zarralar ta’sirida generatsiyalash.

Generatsiyalash jarayonlarida erkin zaryad tashuvchini yoki erkin zaryad tashuvchilar juftini vujudga keltirish uchun muayyan ΔE energiya sarflanadi. Bu nuqtai nazardan xususiy va kirishmaviy generatsiyalash jarayonlarini farqlash mumkin.

Eslatma: Agar yarimo’tkazgichda erkin zaryad tashuvchilar issiqlik tufayli hosil bo’lsa, u holda bularni muvozanatli zaryad tashuvchilar deyiladi. Agar yarimo’tkazgichda erkin zaryad tashuvchilar yorug’lik yoki radioaktiv nurlanish tufayli hosil bo’lsa nomuvozanatli zaryad tashuvchilar deyiladi.
ΔE generatsiyalash energiyasi kristall panjaradagi kovalent bog’lanishlarni uzishga sarf bo’ladigan va oqibatda erkin zaryad tashuvchilar jufti (o’tkazuvchanlik zonasi elektroni va valent zona kovagi) yuzaga keladigan jarayon xususiy generatsiyalash jarayoni deb ataladi. Bu jarayonda yarimo'tkazgichning taqiqlangan zonasi energiyasiga teng yoki undan kattaroq energiya sarflash zarur. Agar generatsiyalash jarayoni oqibatida tegishli zonada kirishmaviy markaz bilan bog’langan bir ishorali zaryad tashuvchilar paydo bo’lsa, bu jarayon kirishmaviy generatsiyalash jarayoni deb ataladi. Xususiy va kirishmaviy generatsiyalash jarayonlari muvozanat sharoitda ham, muvozanatsiz sharoitda ham yuz berishi mumkin.
Yorug’likning xususiy yutilish mexanizmi bayon qilinganida valent zonadan o’tkazuvchanlik zonasiga elektronning o’tishi uchun zarur bo’lgan eng kichik foton energiyasi aniqlaydigan yutilishning uzun tulqinli chegarasi mavjudligi ko’rsatilgan edi. Bunday o’tishlar holida eng katta foton energiyasi aniqlaydigan yutilishning qisqa to’lqinli chegarasi ham bo’lishi mumkin. Bunda yutilish chizig’i qisqa to’lqinli soha ichigacha davom etadi va pastki chuqur zonalar hamda sathlardan elektronning o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishi bilan bog’liq yutilish ham qo’shilishi mumkin. Bu hodisa bo’lgan hol uchun ichki fotoeffekt nazariyasini murakkablashtiruvchi sabablardan biridir. Yana bir shunday sabab – fotonning energiyasi yetarlicha katta bo’lganida zarbdan ionlanish sodir bo’lishidir. Fotonionlanish kvant chiqishi spektral bog’lanishini tekshirganda ko’rsatilganidek, katta energiyali foton yutilganda valent zonadan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tkazilgan elektron dan kattaroq, E energiyaga ega bo’lishi mumkin. Elektron o’z energiyasining bir qismini valent zonadagi boshqa elektronga berib, uni o’tkazuvchanlik zonasiga o’tkazadi. Bunda bir fotonning yutilishi ikkilamchi zarbdan ionlanish tufayli ikki elektron va ikki kovakning erkin bo’lib olishiga olib keladi, ya’ni «kupayish» jarayoni vujudga keladi. Agar foton energiyasi yanada oshirilsa, u xolda erkin tashuvchilarni ko’paytiruvchi zarbdan ionlanish jarayoni kuzatiladi.
Kristallarda rentgen va - kvantlar (fotonlar) yutilganida fotoeffekt va Kompton sochilishi oqibatida o’tkazuvchanlik zonasida tez elektronlar paydo bo’ladi (generatsiyalanadi). Keyin bu tez elektronlar kristall ichida qolib zarbdan ionlanish xodisasi tufayli o’z energiyasini ko’p sondagi nomuvozanatiy zaryad tashuvchilarga, kristall panjara tebranishlarini uyg’otishga sarf qiladi. Bunday ko’paytirish jarayonlari o4nlab, yuzlab, minglab shajaralarga (pogonalarga) ega bo’lishi mumkin, oqibat natijada kvantlarning deyarli hamma energiyasi erkin elektronlar va kovaklar hosil qilishga (ionlashga) sarflanadi.
Zaryadli zarralar ( - zarralar, tezlashtirilgan elektronlar) vujudga keltiradigan zarbdan ionlanish jarayonlari fotoionlanishga o’xshash tarzda namoyon bo’ladi. Bu zarralar birlamchi ionlanish hodisasi oqibatida xuddi kvantlar va rentgen nurlanishi singari tez elektronlar hosil qiladi. Bu elektronlar esa keyin ko’p pogonali ko’payishi oqibatida ko’p sonli erkin elektronlar va kovaklar paydo qiladi. Katta energiyali kvantlar hamda zaryadli zarralar oqimi ta’sirida germaniy va kremniy monokristallarida nomuvozanatiy zaryad tashuvchilarni generatsiyalashda bir elektron-kovak juftini hosil qilishga sarflangan o’rtacha energiya zaryadli zarralarning dastlabki energiyasi va tabiatiga bog’liq bo’lmaydi (3.12- rasm). energiya ionlashga ketgan to’la energiya sarfining paydo qilingan nomuvozanatiy zaryad tashuvchilar juftlari soniga nisbati bilan aniqlanadi: ; bundagi kvantning ( ) yoki zaryadli zarraning energiyasi, ko’payish koeffitsiyenti, ya’ni ionlashda kvant chiqishi.
Ma’lumotlarni tahlil qilsak, germaniy, kremniy hamda olmos uchun bilan taqiqlangan zona kengligi E_g o’zaro bog’liqligini, g nisbat 3 dan 4 gacha bo’lgan qiymatga ega bo’lishini ko’ramiz.
Tez zaryadli zarralarning modda ichida tormozlanishida yo’qotiladigan energiya deyarli tamomila bog’langan elektronlarni ozod qilishga sarflanadi. Bu sarfni ionlanish yo’qotishlari deyiladi. Haqiqatda esa barcha elektron o’tishlari ionlanishga olib kelavermaydi, chunki elektron uyg’onish holatlariga o’tishi ham mumkin. Tez elektronlar bilan bombardimon qilishda ularning energiyasi faqatgina
ionlashga sarflanmay, bir qismi tormozlash elektromagnit nurlanish energiyasiga ham aylanadi. Yarimo’tkazgichlarda zaryadli zarralarning tormozlanishi yakka atomdagidan farq qiladi, chunki kristallning valent elektronlari to’ldirilmagan zonaga (o’tkazuvchanlik zonasiga) o’tib olishi mumkin. Ammo gazdagi yakka atomlarda bunday imkoniyat yo’q. Kristall ichida zaryadli zarralarning tormozlanishida yuqotiladigan energiya panjara tebranishlarini uyg’otish bilan bevosita bog’liq. Bundan tashqari, zaryadli zarralar modda atomlariga energiya uzatishi va muayyan sharoitda buning oqibatida strukturaviy (radiatsion) nuqsonlar vujudga kelishi mumkin .

*119*52