Квант кучайтиргичлар

§2.4. Яримўтказгичли лазер


Яримўтказгичли лазер, қаттиқ жисмли лазерларнинг ўзига хос турига киради. Бу турдаги лазерларда инверс бандлик ҳосил қилишни ва когерент нурланиш олишни энергетик сатҳлар ҳамда энергетик соҳалар асосида тушунтириш мумкин.


§2.4.1. Энергетик сатҳлар ва соҳалар


Квант физикаси асосларига кўра, қаттиқ жисмни ташкил этган атомлардаги электронлар улардаги ядролар билан электр кучлари орқали боғланган бўлиб, боғланиш энергияси дискрет қийматларни қабул қилади. Ядрога энг яқин турган электрон энг кичик дискрет энергияга эга бўлиб, уни энг қуйи энергетик сатҳда жойлашган деб қараш мумкин. Бу ядродан узоқлашган электроннинг энергияси ядрога энг яқин турган (яни энг қуйи энергетик сатҳда жойлашган) электроннинг энергиясидан катта бўлиб, у бирор юқори энергетик сатҳда жойлашган деб қабул қилиш мумкин.
Электронлар жойлашган сатҳлар жуда кўп бўлади ва қаттиқ жисмнинг соҳалар назариясига асосан энергетик сатҳлар тўплами энергетик соҳаларни ташкил этади.
§2.4.2. Электронларни энергетик соҳалар
бўйича тақсимоти

Қаттиқ жисм атомининг электрон қобиғидаги электронлар ядро билан боғланганлиги учун уларни валент электронлар дейилади ва улар жойлашган энергетик сатҳлар тўпламига валент соҳа деб қаралади.

Қаттиқ жисмни ташкил этган атомнинг ядроси билан боғланиши узилган электронлар қаттиқ жисм ичида эркин ҳаракат қиладилар ва электр токини ҳосил қилишлари мумкин бўлганлиги учун улар жойлашган энергетик сатҳлар тўпламига ўтказувчанлик соҳаси деб қаралади.
Валент соҳанинг энг юқорисида жойлашган электронларнинг ядро билан боғланиш энергиясига тенг энергетик оралиқни тақиқ-ланган соҳа деб қараш қабул қилинган. Бу соҳа валент соҳа билан ўтказувчанлик соҳалари оралиғида жойлашган ва тақиқланган соҳанинг энергия бўйича кенглиги ўтказувчанлик соҳасининг қуйи чегараси энергиясидан валент соҳасининг энг юқори чегараси энергиясини айирмасига тенг.
Электронлар энергетик сатҳларнинг ва соҳаларнинг схематик диаграммаси 23-расмда келтирилган.
23.а-расмда металлардаги электрон энергия сатҳлари келтирилган. Яримўтказгич моддаларда энергетик соҳалар диаг-раммаси 23.б–расмда кўрсалтилгандек бўлади. Фақат тақиқланган соҳанинг кенглиги диэлектрикларникига нисбатан камроқ бўлиб, қиймати бир электрон вольт атрофида бўлади.
Яримўтказгич модда (масалан германий ёки кремний) атомининг ташқи электрон қобиғида тўрттадан валент электронга эга. Ушбу моддаралнинг фазовий кристалл панжариси ўзаро валент электронлар орқали боғланган атомлардан ташкил топган. Атомларнинг бундай боғланиши ковалент боғланиш дейилади.
Яримўтказгичнинг (соф, аралашмасиз) электр ўтказувчанлиги ёки унда инверс бандлик ҳосил бўлишини 24- расмда келтирилган

23-расм. Электронлар энергия сатҳларининг (а) металдаги ва

(б) диэлектрикдаги диаграммалари.

энергетик структура орқали тушунтириш қулайроқ. Ҳарорат мутлоқ нолда яримўтказгичдаги барча электронлар ядро билан боғланган бўлиб, улар валент соҳада жойлашган бўлади ва бу ҳолда яримўтказгич диэлектрикдан фарқ қилмайди. Ҳарорат орта бошлаган сари, валент соҳадиги боғланган электронларнинг энергияси ортиб, улар ядро билан боғланишни узиб, ўтказувчанлик соҳасига ўтабошлайдилар. Ушбу ўтишлардан бири 24-расмда валент соҳасидан ўтказувчанлик соҳасига йўналган туташ чизиқ билан кўрсатилган. Шундай қилиб, ўтказувганлик соҳасида эркин электрон ток ташувчилар, валент соҳада ковак ток ташувчилар пайдо бўлади.

24-расм. Яримўтказгичнинг энергетик структураси.


Бир вақтнинг ўзида соф ярим ўтказгич моддада электронли ва ковакли ўтказувчанлик пайдо бўлади. Иссиқлик таъсирида ушбу электронлар ва коваклар тартибсиз ҳаракатда бўладилар ҳамда учрашиб рекомбинациялашишади. Бу жараён 24-расмда ўтказув-чанлик соҳасидан валент соҳага йўналган пунктир чизиқ билан кўрсатилган.