8-amaliy: Kirishmali fotoo’tkazuvchanlik

Kremniyda kirishmalarning yutilish kesimlari

Endi ionlanish energiyasi Ye_v, konsentratsiyasi N_D bo’l gan donor markazlar tarkibiga kirgan p- tipli yarim o’tkazgichda past temperaturada, kuchsiz elektr maydonlarda sodir bo’ladigan fotoo’tkazuvchanlikni qarab chiqaylik. Bu holda optik generatsiya (Dn) va termik ionlanish (p₀) xisobga olinganda fotoaktiv (neytral) donorlar L/, konsentratsiyasi
(2.42)
bo’ladi (n_D— kirishmaviy markazdagi elektronlar kon­sentratsiyasi). (2.2) ifoda xisobga olinganda for­mula a = S_y(N_D — l,, — Dn) ko’rinishga keladi. U holda nomuvozanat holatdagi tashuvchilar generatsiyalanishi tez-ligining (1.32) ifodasi

(2.43)
ko’rinishni oladi. Kirishmaviy fotoo’tkazuvchanlikda ki­rishmaviy markazlarning fotoionlanishidan o’zgacha ko’rinishdagi generatsion jarayonlar sodir bo’lishi mumkin. Kirishmaviy markazlarning elektr maydonda tezlantirilgan erkin elektronlar zarbasi oqibatida ionlanishi, issiqlik harakati hisobiga (termik) ionlanishi ana shunday jarayonlardandir.
Issiqlik (termik) generatsiya tezligi
( 2.44)

ko’rinishda ifodalanadi,bu yerda y_in=S_iav— kirishmaviy
markazning elektronlarni ushlab olish koeffisiyenti, v — issiqlik harakati tezligi, S_ln— elektronning ushlanish kesimi,
Kirishmaviy markazlarining erkin zaryad tashuvchilar zarbidan ionlanish tezligi
(2.45)
bunda A, — zarbdan ionlanish koeffisiyenti.
Uchta sanab o’tilgan generatsiya turiga uchta rekombinatsiya turi mos keladi:
1. Kirishmaviy yarim o’tkazgichda nomuvozanat holatdagi tashuvchilar bo’sh donor markazga ushlanish (o’tishi) ko’rinishida rekombinatsiyalanishi mumkin, bunda ortiqcha energiya yo panjara tebranishlariga, yoki muvozanatdagi elektromag­nit nurlanishiga beriladi. Bu holda nomuvozanat holatdagi tashuvchilarning rekombinatsiyalanish sur’ati:
(2.46)
Boshqa tomondan, rekombinatsiyalanish sur’atini
(2.47)



ko’rinishda ifodalasa ham bo’ladi. Bu ikki ifodadan:
(2.48)
Yoritilish kuchsiz bo’lganda (lo» Al) nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilarning yashash vaqti:
(2.49)
Bu ikki ifodadan:
(2.50)
Demak,
(2.51)
2. Kirishmaviy fotoo’tkazuvchanlikda nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar kirishma sathiga o’tib rekombinasiyalanganda ortiqcha energiya erkin elektronga (yoki erkin kovakka) beriladi. Zarbdan rekombinasiyalanish yoki Oje-rekombinasiya sur’ati:
(2.52)
bundagi Ys — zarbdan rekombinasiyalanish koeffisiyenti.
3. Kirishmaviy fotoo’tkazuvchanlikda nurlanishli rekombinasiya yuz berishi ham mumkin, uning sur’ati:
(2.53)
bu yerda y_h— nurlanishli rekombinasiya koeffisiyenti.
Shuni ta’kidlash kerakki, temperatura past va elektr maydonlar kuchsiz bo’lganida zarbdan ionlanish va termik ionlanishning hissasini hisobga olmaslik mumkin. Yorug’likning kirishmalar tomonidan bir tekis yutilishi diffuziyami va binobarin, sirtdagi rekombinatsiyani nazarga olmaslik imkonini beradi. Zarbdan rekombinat­siyalanish va nurlanishli rekombinatsiya hodisalarining to’la rekombinatsiyaga qo’shadigan hissasi kichik.
Yuqoridagi mulohazalarni hisobga olgan holda (2.44) va (2.51) ifodalardan foydalanib, statsionar uzluksizlik tenglamasini quyidagicha yozib olamiz:
(2.54)


u esa Al ga nisbatan kvadrat tenglamaga olib keladi:
(2.55)
Signal kichik bo’lgan holda bu tenglamaning takribiy yechimi:
(2.56, a)
(2.56, a) ni namuna kalinligi bo’yicha integrallab, birlik yuzaga to’g’ri keladigan elektronlarning to’la soni A/V ni olamiz:
(2.56, b)
Fototok zichligi:
(2.57)
Bu ifodadan ko’rinishicha, eng katta fotosezgirlikka erishish uchun namunadagi muvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi po ni imkoni boricha kichik, donor sathlar konsentratsiyasi N_D ni esa katta qilish zarur. l-tipli yarim o’tkazgichda muvozanat xolatdagi erkin elektronlar konsentratsiyasi quyidagicha ifodalanadi:
(2.58)
l₀ ni kamaytirish uchun temperaturani pasaytirish kerak, bu yo’l hamma vaqt ma’qul bo’lavermaydi. Bunday holda boshqa kattaliklarni quyidagicha optimallashga intilish kerak:
1. Donor tipidagi kirishmalardan ionlanish energiyasi Ei kichik bo’ladiganini tanlash kerak.
2. O’tkazuvchanlik zonas idagi holatlar effektiv zichligi N_c ni kamaytirish kerak. Masalan, germaniy ning valent zonasidagi qolatlar zichligi, V, o’tkazuvchanlik zonasidagidan ikki marta kichik. Binobarin N_c va N_v ga kiradigan effektiv massasi kichik t* va yakka ekstremumli bo’lgan materiallardan foydalanish ma’qul.
3. Kompensatsiya usuli yordamida l₀ konsentratsiyani kamaytirish mumkin, ya’ni l- tipli yarim o’tkazgichga aksep tor tipidagi kirishmalar kiritilsa, donorlardagi elektronlarning bir qismi akseptorlarga o’tadi. Demak, donorlardan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tadigan elektronlar, binobarin Ps, kamroq bo’ladi. Bu holda
(2.59)
Ammo, kompensasiya holida zaryad tashuvchilarning yashash vaqti ortadi, binobarin, sistemaning inersionligi ortadi. Shuning uchun ko’p hollarda kelishtiruvchi qarorni qabul qilish lozim bo’ladi. Biz yuqorida aynimagan yarim o’tkazgichlar to’g’risida so’z yuritdik. Germaniy va kremniy uchun aynimaganlik chegarasi tartibida bo’ladi.