I bob qattiq jismlar 1-§. Qattiq jismlarning fizikasida asosiy tushunchalar

10. 8 §   Nanoo‘lchamli yarimo‘tkazgichlar asosidagi yangi elektron qurulmalar 
 
Oldingi  paragrafda 
ko‗rsatilgandek 
nanoo‗lchamli  yarimo‗tkazgichli 
materiallarda  ro‗y  beradigan  eng  asosiy  fizik  xodisalar-bu kvant  o‘rasi  kvant  ipi  va 
kvant nuqtalarida elektronlar energetik sathlarning kvantlangan xolatga o‗tishi, unday 
energetik  sathlar  va  ular  orasidagi  energetik  masofalar  qiymatini  kvant  o‘ra,  ip  va 
nuqtalar  o‗lchovlari  bilan  boshqarish  mumkunligi  bo‗lsa  ikkinchi  tomondan 
nanoo‗lchamli  kirishmalarda  elektronlar  harakati  asosan  tunnel  effekti  xisobidan 
amalga  oshishga.  Bu  materiallarning  funksional  xossalari  asosida  tubdan  yangi 
elektron  qurilmalarni  yaratish  imkonini  berdi.  Nanoo‗lchamli  qurulmalarni  nafaqat 
o‗zlarining  o‗ta  kichik  bo‗lishi,  tez  ishlash  xususiyati,  kam  energiya  sarflashi  bilan 
yangi  avlod-nanoo‗lchamli  integral  sxemalar  yaratish  imkonini  beradi.  Bunday 
qurulmalar  haqida  to‗la  ma‘lumotni quyidagi adabiyotlardan batafsil  olish  mumkin
.
 
Bu  paragrafda  nanoo‗lchamli  elektron  qurilmalarning  ba‘zilari  haqida  qisman 
ma‘lumot keltirish bilan chegaralanadik. 
1.Infraqizil  detektor.  Infraqizil  to‗lqin  uzunligidagi  nurlarni  qabul  qilib  ularni 
elektr  signallariga  aylantirib  beruvchi  qurulmalarga  –infraqizil  detektorlar  deyiladi. 
Bularga  qo‗yiladigan  asosiy  talab  –katta  to‗lqin  uzunligiga  ega  (

  8’20  mkm)  va 
eng  kam  quvvatli  (10
-6 
’  10
-11
vat)  infraqizil  nurlarni  qayd  etishdir.  Odatdagi 
yarimo‗tkazgich materiallar o‗zlarining ta‘qiqlangan soxa kengligiga, va ta‘qiqlangan 
sohasida  mavjud  kirishma  atomlar  energetik  sathlarining  qiymatiga  mos  (


24
.
1

h
) 
to‗lqin  uzunligidagi  nurlarni  qayd  qila  oladi.  Ammo,  ularning  xossalari  zamonaviy 
harbiy sohalar va optik tolali qurulmalarni yaratishda uchun javob bera olmaydi. Bu 
muammoni,  kvant  o‘ralardagi  elektron  satxlar  orasida  elektronlarni  o‗tishlari  orqali 
juda oson hal qilsa bo‗lar ekan.
 
 
(a)
 
(b)
 
(v)
 
(g)
 
 
                          10.17-rasm.  
Kvant  o‘ralari  asosidai  shlaydigan  IQ  fotodetektorlarni  quyidagi  turlarining 
o‗tkazuvchanlik sohasi (shtrixlangan) va elektronlar o‗tishlarining (vertikalstrelkalar) 
sxematik  tasvirlanishi:  a)  –  ikki  lokallashgan  holatlar  orasida;  b)  –  lokallashgan 
holatdan sohaga; v) – bog‗langan holatdan kvazi bog‗langan holatga; g) – bog‗langan 
holatdan minisohaga. 

---

 
200 
Elektron  o‗tishlar  yuzaga  kelishi  uchun,energetik  satxlar  orasidagi  energiyaga  mos 
kelgan  
    (∆E
1
=
1
2
1
24
.
1
E
E



,      ∆E
2
=
2
2
3
24
.
1



E
E
,      ∆E
3
=
3
2
2
24
.
1



E
E
k
,      ∆E
4
=
4
2
2
24
.
1



E
E
M
)  to‗lqin  uzunlikka  ega  bo‗lgan  infraqizil  nurlar  orqali  amalga 
oshiriladi. Bunday o‗tishlar natijasida elektr toki paydo bo‗ladi, ya‘ni infraqizil nurlar 
elektr  signaliga  aylanadi.  Kvant  nuqtaga  ega  bo‗lgan  bunday  yarim  o‗tkazgich 
matriyali  yetarli  katta  to‗lqin  uzunligiga  ega  bo‗lgan  infraqizil  nurlarni  qayt  qilish 
imkonini beradi. Kvant nuqtalar majmuasini yaratish va kvant nuqtalar o‗lchamlarini 
boshqarish  orqali  nafaqat  energetik  sohalar  energiyasini  boshqarish  ,  balki  ulardagi 
hosil  bo‘ladigan  kichik  energetk  sathlar  ham  hosil  qilish  mumkin  bo‘ladi.  Demak 
odatdagi  yarim  o‗tkazgich  matriyallari  qayd  qila  olmaydigan  katta  to‗lqinli  to‘lqin 
uzunlikdagi  infraqizil  nurlarni  qayd  qiluvchi  detiktorlarni  yaratish  mumkin  ekan. 
Kremniyda  marganets  atomlari  hosil  qilgan  nanoklasterlar  –  kvant  nuqtalar  asosida 
yaratilgan  infiraqizil  detektrlarning  spektral  tavsifi  __  rasmda  keltirilgan.  Rasmdan 
ko‗rinib  turubdiki,  kvant  nuqtalari  mavjud  bo‗lgan  kristallning  nafaqat  infraqizil 
nurni sezish sohasi yetarli darajada kengayadi (katta to‗lqin uzunligi tomonga) balki, 
bunday kristallarning fotosezgirlik hossalari ham oshadi.  
2.  Resohansnli  tunel  diodi.  Tunnel  diodining  ishlashi  va  uning  volt  –  amper 
tavsifining fizik ma‘nosi bizga ma‘lum. Ammo xuddi tunnel diodga o‗xshash, manfiy 
differinsial qarshilikga ega bo‗lgan eliktron qurulmalarni kvant o‘ralariga ega bo‗lgan 
kristallarda  yaratish  mumkin  ekan.  Bular  nafaqat  o‗ta  kichik  o‗lchamli,  balki  juda 
kam  energiya  talab  qiladigan  va  tez  ishlaydigan  qurulmalar  hisoblanadi.  Tunel 
diodlar  odattagilardan  o‗ta  kam  enirgiya  sarfi,  tez  ishlashi,  juda  kichik  o‘lchamli 
egallashi  va  bir  qator  funksional  imkoniytlari  bilan  odatdagi  tunel  diodidan  farq 
qiladi.  Tunel  diodlarni  tuzilishi  kuchli  legirlangan  (  n+  )  va  taqiqlangan  sohasi 
∆E
g
~
2.2  eV
  teng  bo‘lgan  GaAlAs  kristali  orasiga  joylashtirilgan  kvant  o‘ra  vazisini 
bajaruvchi  kam  legirlangan,  qalinligi  5

10  nm  ga  teng  GaAs  (∆E
g
~1.43eV  )dan 
iborat  bo‗ladi.  Ularning  energitik 
sohalar 
diogrammasi…10.18- 
rasmda
 ko‗rsatilgan.  
10.18-rasm. 
Resohans 
tunnel 
diodining  o‗tkazuvchanlik  sohasini 
sxematik ko‗rinishi: 
 a- tashiqi kuchlanish bo‗lmaganda;  
b-g-qo‗yilgan kuchlanishning 
oshishida;  
d – tizimning volt-amper tavsifi. 
 
1
 
2 
3 
4 
(D) 
U 
I 
E
F
 
E
C
 
E
1
 
eV 
(g)  4 
(v) 3 
(b) 
2 
(a) 
1 

---

 
201 
1-  holat  –  ya‘ni  tashqi  maydon  qo‗shilmaganda,  kvant  o‘ralaridagi  yagona  energetk 
sath. Fermi sathidan ancha yuqorida joylashgani uchun elektronlarni -n
+
 dan GaAs ga 
tunnel orqali o‗tishi mumkun emas. 2- holatda kuchlanishni asta – sekin oshirib uning 
qiymati  E=
e
E
1
2
 teng  bo‗lganda,  n
+
  soxadagi  Fermi  sathi  bilan  kvant  o‘radagi 
energetik  sath  o‗zaro  mos  keladi  –  ya‘ni  resohans  holati  yuzaga  keladi.  Bu  holatda 
elektronning  potensiyal  to‗siqdan  o‗tish  ehtimoli  keskin  oshadi.  Elektronning  kvant 
o‘radagi to‗lqin funksyasi, u ikki potinsial to‗siq ichida turg‗un to‗lqin holatiga o‗tadi 
va  chapdan  kvant  o‘raga  kelgan  elektron  to‗lqini  kvant  o‘radagi  elektron  sathini 
resohans  qo‗zg‗atishga  olib  keladi.  Natijada  elektonlarni  potinsial  to‗siqdan  tunel 
o‗tishini  ehtimoli  oshadi  va  tunel  toki  eng  katta  qiymatga  erishadi.  3-  holatda 
kuchlanish  yanada  oshirilganda,  E
1
  energetk  sath  n
+
  -  qatlamdagi  Fermi  sathidan 
pastda bo‗ladi va elektronlarni tunel xarakati kamayadi va nihoyat to‗xtaydi. Tok eng 
kichik qiymatga ega bo‗ladi. Kuchlanishning yanada oshishi odatdagi termoemessiya 
hisobiga  tokning  oshishiga  olib  keladi.  Demak  bunday  qurulmaning  volt  –  ammper 
tavsifida  manfiy  deferinsial  qarshilikda  kuzatiladi.  Hozirda  elektronikada  shunday 
resohans  tunel  diodlari  asosida  yaratilgan  asbob  va  qurilmalardan  ko‗plab 
qo‗llanilmoqda. 
 
10
-12
 
10
-10
 
10
-8
 
10
-6
 
10
-4
 
10
-2
 
I
f
,A 
1 
2 
0,2  0,4  0,6  0,8  1 
hν   ,eV 
 
10.19  –  rasm.  Kremniy  namunalarning  fotoo‗tkazuvchanligini  fotonlar  energiyasiga 
bog‗liqligi:  
1 – nanoklastersiz, 2 – nanoklasterli.  
      Nano  strukturali  materiallar  asosida  juda  ko‗p  yangi  turdagi  spektrlari 
boshqariladigan  va  juda  kichik  kuchlanishlarda  ishlaydigan  infraqizil  nurli  lazerlar, 
bitta elektronli tranzistorlar, optik modulyatorlar va boshqa elektron qurulmalar kashf 
etilmoqda.