Qattiq jismlar

4.7 – rasm. Yorug’likning yarim o’tkazgichdan qaytishi, o’tishi va yutilishi.

Rasmdan ko’rinib turibdiki, yorug’lik yarim o’tkazgichdan bir necha bor qaytadi, bu esa yorug’likning yutilish va o’tish xossalariga ta’sir qiladi. Bunda o’tish koeffsiyenti quyidagiga teng bo’ladi:

Agar (4) da αd ning qiymati juda katta bo’ladigan bo’lsa, unda maxrajdagi ikkinchi hadni inobatga olmasak ham bo’ladi, u holda o’tish koeffsiyenti

ga teng bo’ladi. Bundan yutilish koeffsiyentini aniqlash mumkin:

Agar yarim o’tkazgich materialining qaytish koeffsiyenti k aniq bo’lsa, unda har xil qalinlikka ega bo’lgan bir xil yarim o’tkazgichda yorug’likning o’tishini o’lchab, yutish koeffsiyentini quyidagicha aniqlash mumkin:

Albatta, yarim o’tkazgichning hamma optik parametrlari α, T,k tushayotgan yorug’lik to’lqin uzunligiga bog’liq. Shuning uchun yarim o’tkazgich materiallarining optik xossalarini o’rganishda yuqoridagi uchta parametrning yorug’lik to’lqin uzunligiga bog’liqligi aniqlanadi, buni ushbu parametrlarning spektral bog’lanishi deb ataladi k(λ), T(λ), α(λ). Bular esa bog’lanishlar tabiati, kristall tuzilishi, uning energetik sathlar turlari, mavjud kirishma atomlar hosil qilgan energetik sathlar, kristall panjara tebranishlari, yarimo’tkazgich materialining sirtini holati, eksitonlar haqida to’la ma’lumot olish imkonini- shu o’rganilayotgan yarim o’tkazgichni optik xossalari va imkoniyatlarini to’la ochib beradi.

4.7-§ Yorug’likning yarim o’tkazgichda yutilish tabiati haqida qisqacha ma’lumot

Umuman olganda yarim o’tkazgichlarda yorug’likni yutilishi va uni ifodalovchi yutish koeffsiyenti α o’z ichiga har xil tabiatga ega bo’lgan yutilishlardan iborat bo’ladi. Shuning uchun ko’rilayotgan yutish jarayonida qaysi turdagi yutilishning hissasi ko’proq va uni qaysi hollarda to’la namoyish etish mumkin. Yorug’likning (fotonning ) yutilishi fotoenergiyaning, elektron va atomlarning energetik holatini o’zgartirishga sarflanishini nazarda tutib, yuz beradigan asosiy yutilish mexanizmlarini quyidagi turlarga bo’lish mumkin:

1. 
   Yorug’likning fundamentall yoki xususiy yutilishi – elektronlarning valent zonadan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishini ta’minlaydigan yutilish.
   
2. 
   Zaryad tashuvchilar (elektron va kovaklar) o’tkazuvchanlik sohasi ichidagi (elektron) yoki valent sohasi ichidagi energetik holatlarni o’zgartirishga olib keladigan erkin zaryad tashuvchilar tomonidan yutilishi.
   
3. 
   Elektron kirishma atomlari hosil qilgan energetik sathlardan o’tkazuvchanlik sohasiga yoki elektronlarning valent sohasidan akseptor energetik sathlariga o’tishini ta’minlaydigan – kirishma atomlar orqali yutilishi.
   
4. 
   Fotoenergiyasining kristall panjara tebranishlari xossalarini o’zgartirishga olib keladigan fonon yutilish.
   
5. 
   Eksitonlarni vujudga keltiradigan yoki ulardagi elektron va kovak bog’lanishni uzish bilan erkin elektron va kovak hosil qilishga sarflanadigan - eksiton yutilish.
   

4.8-§ Xususiy yutulishlar

Bizga ma’lumki, yarim o’tkazgichlar elektron zonalar (sohalar) tuzilishi asosan ikki xil bo’ladi, ya’ni to’g’ri elektron zonalar va noto’g’ri zonalar. To’gri elektron zonalar deganda, o’tkazuvchanlik sohasining minimum qiymati, valent zonasining maksimum qiymatlar to’lqin vektori (k) ning bir qiymatiga to’g’ri kelgan zonalar tuzilishiga aytiladi (rasm- a). Bunday kristallarga GaAs, GaP… va boshqalar kiradi. Agar o’tkazuvchanlik zonasining minimum qiymati, valent zonasining maksimum qiymatlar to’lqin vektorining har bir qiymatlariga to’g’ri kelsa, bunday energetik zonalar noto’g’ri zonalar deb ataladi. Bularga Si, Ge kristall zonalar tuzilishi kiradi (rasm-b).

E E

E_c

E_F E_c

hω≥E_g hω_f

E _g

k,sm^-1

E_v E_v

1. 
   b)
   

4.8 - rasm. Yarim o’tkazgichlarda to’g’ri (a) va noto’g’ri (b) elektron zonalar.

Shuning uchun ham yorug’likning zona-zona bo’yicha ya’ni xususiy yutilish (foton yutilishi hisobiga elektronning valent zonasidan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishi) bunday holatda yutilish koefsiyentini fotonenergiyasiga bog’liqligi har xil bo’ladi. Xususiy yutilishning spektr bog’lanishi - valent va o’tkazuvchanlik zonalardagi energetik holatlar zichligining energiya bo’yicha taqsimoti va elektronning o’tish ehtimoliga bog’liqdir. To’g’ri yutilish - bunday holatda energiya va impuls saqlanish qonuni bajarilishi lozim, ya’ni elektronning o’tkazuvchanlik holatdagi energiya qiymati, uning valent zonasida energiya qiymati fotonenergiyasiga teng bo’lishi va impulslar ham shunday bo’lishi zarur. Chunki fotonning impulsi elektron impulsiga nisbatan juda kichik bo’lganligi uchun, u elektronning oxirgi holat impulsiga ta’sir etmaydi.Bunda yutilish koeffsiyentining spektrga bog’liqligi quyidagicha ifodalanadi:

Bu yerda A- proporsionallik koeffsiyenti.

Shuni ta’kidlash lozimki, (8) - ifoda energetik sohalari parabolic bo’lgan holatlar uchundir.

Kremniy kristallining zond tuzilishi rasmda ko’rsatilgan:

E_C


P₁ P₂

E_V

A B

4.9 – rasm. hv foton yutgan elektronda sodir bo’ladigan jarayon.

Bunda elektronning boshlang’ich holati A va oxirgi holati B ikki bosqichdan iborat bo’ladi. P₁ impulsli elektron hv energiya foton yutish natijasida valent zonadan to’g’ri o’tkazuvchanlik zonasiga vertikal chiqadi, undan so’ng, har xil nuqsonlarga sochilish natijasida P₂ impuls bilan B holatga keladi.