9-ma’ruza: Ichki va tashqi fotoeffektlar. Yarimo‘tkazgichlarda fotoeffekt va uning turlari. Tashqi fotoelektrik effekt

Ichki fotoelektrik effekt.
Yarimo‘tkazgichlarda ichki fotoelektron effekt ular elektr o‘tkazuvchanligining yorug‘lik nuri tasirida sezilarli o‘zgarishida namoyon bo‘ladi. Bu hodisa ichki fotoeffekt, yarimo‘tkazgich o‘tkazuvchanligining yorug‘lik nuri tasirida o‘zgarishi fotoo‘tkazuvchanlik deb nom oldi. Bunday fizik jarayon elektron va kovaklarning, yani yorug‘lik nuri tasirida erkin zaryad tashuvchilarning paydo bo‘lishi bilan bog‘liq. Bunday fiziik jarayon elektron va kovaklarning yorug‘lik tasirida bog‘langan holatdan qo‘zg‘algan holatga o‘tishi bilan ifodalanadi. Bunda quyidagi jarayonlar bir-biri bilan farq qilinadi. (6-rasm)
1) Elektronlarning valent sohadagi o‘tkazuvchanlik sohasiga o‘tishi. Bu xil o‘tish xususiy yarimo‘tkazgichga xos bo‘lib, o‘tkazuvchanlik sohasida erkin elektron paydo bo‘lishi bilan bir vaqtda valent sohada kovaklar paydo bo‘ladi (1-rasm, 1-o‘tish) ;
2) Aralashmalar energetik sathidan o‘tkazuvchanlik sohasiga elektronlar o‘tishi va o‘tkazuvchanlik sohasida erkin elektronlarning paydo bo‘lishi. (2,3-o‘tish)
3) Valent sohadan aralashmalar sathiga elektronlar o‘tishi va valent sohada erkin kovaklarning paydo bo‘lishi (4,5-o‘tishlar);

.

6-rasm. Ichki fotoeffektda elektron o‘tishlar.
Yoritilmagan yarimo‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligini , yoritilgan holdagi o‘tkazuvchanligini deb belgilasak, yorug‘lik nuri tasrida turgan yarimo‘tkazgichning to‘liq elektr o‘tkazuvchanligi quyidagicha bo‘ladi.
(20)
Tajriba qorong‘ulikdagi (yani yoritilmagan ) yarimo‘tkazgichdagi elektron va kovaklarning harakatchanligi bir-biriga teng ekanini ko‘rsatdi. Shu sababli to‘liq elektr o‘tkazuvchanlikni quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:
(21)
Bu yerda va yoritilmagan yarimo‘tkazgichda va unda yorug‘lik nuri tasirida hosil bo‘lgan elektronlar konsentratsiyasi, va mos ravishda kovaklar konsentratsiyasi, va elektronlar va kovaklarning harakatchanligi.
Elektron yorug‘lik kvantini yutib sohasidan sohasiga o‘tgach, yarimo‘tkazgichda 1 ta elektron va 1 ta harakatchang kovak hosil bo‘ladi (1- o‘tish). Bunday o‘tish tufayli hosil bo‘lgan fotoo‘tkazuvchanlik xususiy fotoo‘tkazuvchanlik deb ataladi.
Xususiy fotoo‘tkazuvchanlik hosil bo‘lishi uchun
(22)
bo‘lishi kerak.
elektronlarning sohadan sohaga o‘tishi uchun zarur bo‘lgan energiya bo‘lib, unga faollashtirish energiyasi deyiladi.
(15) dan xususiy fotoo‘tkazuvchanlikni hosil qilish uchun zarur bo‘lgan foton energiyasini aniqlash mumkin: yoki bunda bo‘lsa, quydagini aniqlash mumkin bo‘ladi.
To‘lqin uzunligi bo‘lgan fotonlar elektronlarning s-sohaga o‘tishi uchun energiyasi kamlik qiladi,ular faol bo‘lmagan fotonlar deb ataladi. Bunday fotonlar fotoo‘tkazuvchanlikni hosil qila olmaydi.
Elektromagnit nurlanishi (ya’ni yorug’lik) ni modda bilan tasirlashishning birnecha turlari mavjud:

1. 
   - fotonli o’zaro ta’sir
   
2. 
   - Issiqlik effekti
   
3. 
   - To’lqinga bog’liq effektlar.
   

Birinchi turda fotonlar bevosita modda elektronlari bilan ta’sirlashadi.
Ikkinchi holda, elektromagnit nurlanish moddani isitadi va temperatura ortishiga asoslangan.
Uchinchi holda esa, modda bilan elektromagnit to’lqin tasirlashuviga asoslangan.
Yuqorida keltirilgan biror mexanizimdan foydalanish uchun maxsus ekisprimental qurilma va ma’lum material ( yarimo’tkazgich) moddasi kerak.
Praktikada, foton efektiga asoslangan (1) fotopryomniklar muhim o’rin egallaydi. Foton effektiga asoslangan fotopryomniklar asosida: yorug’lik (foton) yutilish hisobigi elektronlar yoki kovaklar ortishi va kontsentratsiyasi ortishi yotadi. Bu o’z navbatida shu moddaning elektr o’tkazuvchanligini oshirishga sabab bo’ladi (foto o’tkazuvchanlik) 1950- yillarda yarimo’tkazgichli fotopryomniklar yasash va o’rganish keng avj oldi. Bunda III- IV gurupaga tegishli yarimo’tkazgich elementlarda o’rganildi. Masalan: Hg, Cd Te, Pb Sn Te.