Mаvzu: kvаnt optikasi elementlari

Yarimo’tkazgichni fotoo’tkazuvchanligi. Elektromagnit nurlanish ta’sirida yarim o’tkaznichlar elektr o’tkazuvchanligining ortishi fotoo’tkazuvchanlik bilan bog’liqdir. Quyidagi ikki holni ko’raylik.
1. Sof yarim o’tkazgichga energiyasi h bo’lgan elektromagnit nurlanitsh kvanti tushganda va bu energiya taqiqlangan zonaning kengligi W ga teng yoki undan katta bo’lsa (ya’ni hW) valent zonadagi elektron o’tkazuvchanlik zonasiga o’tadi. Elektromagnit nurlanish ta’sirida sof yarimo’tkazgichdan qo’shimcha elektron-teshik juftlari vujudga keladi, bu esa o’z navbatida xususiy fotoo’tkazuvchanlikka sabab bo’ladi.
2. Yarimo’tkazgich tarkibida aralashmalar mavjud bo’lgan holda hW shart bajarilmasa ham fotoo’tkazuvchanlik kuzatilishi mumkin. Agar yarim o’tkazichda donor aralashma mavjud bo’lsa hWd shart bajarilsa, donor sathidagi elektron o’tkazuvchanlik zonasiga o’ta oladi. Agar yarim o’tkazgichda akseptor aralashma mavjud bo’lsa hWa shart bajarilsa valent zonadagi elektron elektromagnit nurlanish kvantining energiyasi hisobiga akseptor sathiga ko’tariladi.
Natijada elektomagnit nurlanish ta’sirida aralashmali elektr o’tkazuvchanlik ortadi, bunda yarim o’tkazgichning aralashmali fotoo’tkazuvchanligi sodir bo’ladi.
Lyuminessension nurlanish. Ba’zi jismlar yorug’lik, ultrabinafsha yoki rentgen nurlari ta’sirida shu’lalanadi, boshqacha aytganda nurlanish chiqaradi. Bu nurlanish lyuminessensiya deb ataladi. Bayon etilgan hodisa nurlar ta’sirida vujudga kelganligi tufayli uni fotolyuminessensiya deb ham ataladi.Nurlardan boshqa ta’sirlar ham lyuminessensiyani vujudga keltirishi mumkin.Jism elektronlar yoki boshqa zarralar bilan bombardimon qilinganda hosil qilingan nurlanish katodolyuminessensiya (televizor ekranining nurlanishi) deyiladi. Jismdan elektr tok o’tganda elektrolyuminessensiya kuzatiladi. Ximiyaviy reaksiya tufayli vujudga keladigan nurlanish xemilyuminessensiya deyiladi. (fosforning oksidlanishidagi nurlanish).
Lyuminessension nurlanish chiqaradigan jismlar juda ham ko’p: ba’zi elementlarni bug’lari va gazlar ba’zi jismlarning tuzlari va eritmalari benzol, naftalin, antratsid kabi organik jismlar.Tarkibiga metall ionlari aralashgan ba’zinoorganik jismlar. Bu jismlarning hammasi lyuminoforlar deb ataladi. Tajribalarda lyuminessensiyani vujudga keltiruvchi sabab ta’siri to’xtagandan so’ng nurlanishi ma’lum muddat davom etadi. So’nish vaqti 10-9-10-8s bo’lgan lyuminessensiyani fluoressensiya deyiladi.
Lyuminessension nurlanish spektri lyuminoforning ximiyaviy tarkibiga va uning molekulyar tuzilishiga bog’liq. Lyuminessensiya gaz-yorug’lik lampalarda, teatral texnikada reklamalarda keng qo’llaniladi
Normal temperaturadagi solishtirma qarshiligi o’tkazgichlarnikidan katta, biroq dielektriklarnikidan kichik bo’lgan materiallar yarim o’tkazgichlar deb ataladi. Bu turkumga elektron elektr o’tkazuvchanlikka ega va solishtirma qarshiligi 10-6 – 10+8 Om×m bo’lgan materiallar kiradi. Yarim o’tkazgichlardagi elektronlar soni boshqa materiallarga nisbatan ancha kam bo’ladi. Yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi tashqi energetik ta’sirga va mazkur jism tarkibidagi qo’shimchalarga ko’p jihatdan bog’likdir. Yarim o’tkazgichning elektr o’tkazuvchanligini boshqarish temperatura, nur, elektr va magnit maydoni, mexanik kuchlanishga asoslangandir.
Yarim o’tkazgichlarda elektr o’tkazuvchanlikning ikki: elektron (n) va elektron-teshik (r) turi mavjud bo’lib, ular jismda n-p o’tishni vujudga keltiradi.
Yarim o’tkazgichli uzgartkichlar turli ko’rinishdagi energiya (issiqlik, yorug’lik) ni elektr energiyasiga aylantirib beradi.
Yarim o’tkazgichlardan isitkich asboblarida, radioaktivli nur indikatorlarida va magnit maydon kuchlanganligini o’lchashda foydalaniladi. Hozirgi davrda shishasimon va suyuq yarim o’tkazgichlar o’rganilmoqda.
Yarim o’tkazgich ishlatilgan asbob-uskunalar xizmat muddatining yuqoriligi, hajmi va og’irligining nisbatan kichikligi, oddiy va ishonchli ishlashi, iqtisodiy samaradorligi va boshqa sifatlari bilan ajralib turadi.
Yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi.
Yarim o’tkazgichlarning taqiq zonalari o’tkazgich va dielektriklarning taqiq zonalari oralig’ida joylashib, mazkur zona ancha kichik va uni yengib utish uchun ma’lum darajali energetik ta’sir yetarlidir. Agar tashqi ta’sir etayotgan maydon energiyasi taqiq zonadagi elektronlarning energiyasi darajasiga yetsa, yarim o’tkazgichlarda elektr o’tkazuvchanlik sodir bo’ladi.
To’ldirilgan (valent) zonadan elektron ketishi bilan uning o’rnida teshik hosil bo’ladi va bu teshik ekvivalent musbat zaryad sifatida maydon yo’nalishi bo’yicha siljiydi. Bu siljish elektronlarning maydonga teskari harakati natijasida ruy berib, teshiklar siljiyotgan elektronlar bilan to’ldiriladi. Temperatura ortishi bilan yarim o’tkazgichda ozod elektronlar soni ko’paya boradi, temperatura absolyut nolga yaqinlashganda esa ularning soni nolgacha kamayadi. Agar yarim o’tkazgichda ozod elektron umuman bo’lmasa (T=0 K), elektr potentsiali ta’sir etgani bilan undan tok o’tmaydi.
Elektronlarning ozod holatga o’tishi uchun sarf qilingan energiyani faqat issiqlik harakati orqali emas, balki nur, elektronlar oqimi, yadro zarralari, elektr va magnit maydonlari, mexanik ta’sir orqali ham yuzaga keltirish mumkin.
Yarim o’tkazgichlarda energetik tusiq kichik bo’lib, uni yengish uchun uncha katta bo’lmagan energiya talab etiladi. Ozod elektronlar miqdori va yarim o’tkazgichning o’tkazuvchanligi unga ta’sir ettirilgan energiya miqdoriga bog’liq bo’ladi. Mazkur energiya elektronlarining to’siqni yengib ozod zonaga o’tishiga yordam beradi.
Qo’llanilayotgan aksariyat yarim o’tkazgichlar taqiq zonasining kengligi (0,8-4,0)×10-19J, yoki 0,5-2,5 eV ga teng. Ular valent zonalarining sathlari elektronlar bilan to’latilgan bo’lib, ma’lum temperatura (T) ta’sirida o’tkazuvchan zonaga bir necha elektron o’tadi va valent zonada ushancha teshik hosil bo’ladi.
Natijada har bir g’alayonlantirishda yarim o’tkazgichda bir vaqtning o’zida qarama-qarshi ishorali ikkita zaryad hosil bo’ladi.
G’alayonlantirish va rekombinatsiya jarayonlari natijasida jismda (istalgan temperaturada) g’alayonlantirilgan eltuvchilar (elektronlarni yoki teshiklarni) ning muvozanatlashgan miqdori qaror topadi.

bunda: W–yarim o’tkazgich taqiq zonasi, N₀–ozod (o’tkazuvchan) zonadagi yarim o’tkazgichning hajm birligidagi energetik sathlar soni, N_B–valent zonasidagi xuddi shuningdek sathlar soni, 2 raqami N oldidagi) har bir sathda 2 ta elektron bo’lishini ko’rsatadi.