Yarim o`tkazgichlarda yorug`likning yutilishi reja

YARIM O`TKAZGICHLARDA YORUG`LIKNING YUTILISHI
Reja:

1. 
   Yorug`likning yutilishi
   
2. 
   Yorug`likning erkin tok tashuvchilarda yutilishi
   

YORUG’LIKNING YUTILISHI muhitdan o’tayotgan yorug’lik intensivligining yorug’likning muhitdagi zarralar bilan o’zaro ta’siri natijasida kamayishi. Bunda, odatda, muhit isishi, ionlanishi yoki atom va molekulalari g’alayonlanishi mumkin. Yutilgan yorug’lik kvanti yutuvchi muhit elektronlari bilan o’zaro ta’sirlashib, energiyasini ularga uzatadi. Demak, yorug’lik yutilsa, uning intensivligi kamayadi; intensivlik kamayishi quyidagicha ifodalanadi: 1=10e~»x. Buger—Lambert—Ber qonuniga asosan yorug’lik intensivligi yutuvchi muhit qatlami qalinligi x ga bog’liq holda eksponentsial kamayadi. / — x qatlamdan o’tgan yoruglik intensivligi; /0 — muhitga tushayotgan yorug’lik intensivligi; ts — muhit xossasiga bog’liq yutish koeffisienti. Yutish koeffisienti yutilgan yorug’lik chastotasi v (to’lqin uzunligi X) ga bog’liq, lekin uning intensivligiga va demak, yutuvchi muhit qatlamining qalinligiga bog’liq emas. Formuladagi x= ^ deb olinsa, ///0=e bo’ladi, ya’ni bunday muhitda yorug’lik intensivligi e=2,72 marta kamayadi. Yutish koeffisienti yorug’lik chastotasi (to’lqin uzunligi) ga bog’liq. Atom yoki molekulalari o’zaro ta’sirlashmaydigan muhit (past bosimda gaz yoki metal bug’lari) uchun yutish koeffisienti ba’zi to’lqin uzunliklarda nolga teng bo’ladi. Metallda erkin elektronlar mavjudligi sababli, metallarning yutish koeffisienti juda katta, yupqa qatlami ham yorug’likni deyarli to’la yutadi. Yorug’lik ta’sirida erkin elektronlarning harakatchanligi kuchayadi, katta chastotali tok hosil qiladi. Natijada yorug’lik energiyasi metallning ichki energiyasiga aylanishi tufayli, intensivligi tez kamayadi. Yarimo’tkazgichlar yorug’likni metallardan kamroq, dielektriklar yarimo’tkazgichlardan ham kamroq yutadi. Dielektriklarda barcha elektronlar bog’langan. Bog’langan elektronlarning majburiy tebranish chastotasi katta, amplitudasi kichik, demak, yutish koeffisienti ham kichik bo’ladi. Dielektrikning yutishi selektiv (tanlovchan) xarakterga ega, ya’ni yutilgan yorug’likning chastotasi elektronning majburiy tebranish chastotasiga mos kelgandagina yutilish koeffisienti ortadi. Eritmalarda Yorug’likning yutilishi ularning kontsentrasiyasi, temperaturasi va xossalariga bog’liq bo’ladi. Jismlar tuzilishini o’rganishda, geliotexnika va kimyo sanoatida Yorug’likning yutilishi hodisasidan foydalaniladi. Yarim o’tkazgich elektr qarshiligining elektromagnit nurlar ta’sirida o’zgarishi hodisasi fotorezistiv effekt yoki fotoo’tkazuvchanlik hodisasi deyiladi. Elektromagnit (umuman ko’zga ko’rinadigan va ko’zga ko’rinmaydigan) nurlar

yarim o’tkazgichda yutilib, qo’shimcha (ortiqcha yoki nomuvozanat

holatdagi) zaryad tashuvchilarni yuzaga keltiradi.
Yorug’likning xususiy yutilishi (bunda yorug’lik kvanti energiyasi va kirishmaviy yutilishi zaryad tashuvchilar juftlarini yoki

(ikkinchi holda) bir ishorali zaryad tashuvchilarni yuzaga

keltiradi (2.1-rasm). Shu tufayli fotoo’tkazuvchanlikning kirishmaviy va xususiy turlari mavjud. Bobda ko’rganimizdek, yorug’lik yutilishining erkin zaryad tashuv­chilarni yuzaga keltirmaydigan bir necha mexanizmlari ham bor.
Yorug’lik yutilishi hisobiga paydo bo’lgan ortiqcha Al elektronlar va Dp kovaklar kristall panjara tebranishlari va nuqsonlari bilan o’zaro ta’sirlashishi oqibatida 10^-10—10~ ¹² s vaqt chamasida energiya va kvaziimpulslar bo’yicha muvozanat holatdagi zaryad tashuvchilarniki kabi taqsimotga ega bo’lib qoladilar. Shuning uchun ham nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar harakatchanligi muvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar harakatchanligidan farq qilmaydi va yoritilayotgan yarim o’tkazgich elektr o’tkazuvchanligining o’zgarishiga erkin zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining ortishi sabab bo’ladi. Binobarin, qorong’ilikdagi elektr o’tkazuvchanlik
kattalik qadar ortadi. Mana shu kattalik yorug’likdagi o’tkazuvchanlik (yoki fotoo’tkazuvchanlik) ni i fodalaidi.
Nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilarning ortiqcha konsentratsiyalari uzluksizlik tenglamalaridan topiladi:
Yorug’likning xususiy yutilishi holida elektronlar va kovaklar generatsiyasi tezliklari o’zaro teng, Doimiy yoritilganlik sharoitida (stasionar holatda) va da tekis generatsiyalash sharoitida div/„ = div/„ = 0 bo’lgani sababli ifodalarni fotorezistiv effekt uchun birinchi harakteristik munosabatlar deyiladi. Ularni e’tiborga olib, statsionar (vaqtga bog’liq bo’lmagan) fotoo’tkazuvchanlikni ko’rinishda yoziladi, bunda b = \i_n/ii_p. Optik generasiya sur’atining (1.32) ifodasini (2.6) tenglamaga qo’ysak statsionar fotoo’tkazuvchanlikning
ko’rinishdagi ifodasini olamiz. Nurlanishning yutilish (yutish) koeffisiyenti a va elektronlar hamda kovaklar uchun kvant chiqishlar r_p va 6_R to’g’risida oldingi boblarda batafsil gapirilgan. Tutuvchi markazlar yo’q va xususiy generatsiya mavjud bo’lgan holda: Kirishmaviy yutilish holida (donorlarda) yoki t„»t_r; r._p>r_R bo’lganda (2.7) ifodadagi hadlardan biri tashlab yuboriladi:
Fotoo’tkazuvchanlik Do ning yorug’lik intensivligi /_v ga nisbatini yarim o’tkazgichning solishtirma fotosezgirligi deyiladi:
Fototok zichligining statsionar qiymati ifodasi quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:
Agar yarim o’tkazgichning maydon yo’nalishidagi uzunligini / orqali, undagi kuchlanishni V orqali ifodalasak, u holda
maydon kuchlanganligi elektron va kovakning dreyf
tezliklari mos ravishda■
dreyf vaqtlari esa t_n = l/v_dn, t_P=l/V_dp bo’ladi. Xususiy yutilish statsionar holda yoki 
ko’rinishga ega bo’ladi. Agar yarim o’tkazgichning ko’ndalang kesimi yuzi S bo’lsa, v holda fototok

G_TyJ1 kattalik (yutilish yetarlicha kichik bo’lgan va nomuvoza­nat holatdagi zaryad tashuvchilar hamma joyda bir miqdorda (tekis) paydo qilinadigan holda) zaryad ta­shuvchilarning birlik vaqtdagi generatsiyasini ifodalaydi. Elektron va kovaklarning dreyf vaqtlari t_n t_p ularning mazkur yarim o’tkazgich namunasi orqali uchib o’tish vaqtlaridir. Kuchaytirish koeffisiyenti deb atalgan A' kattalikning fizikaviy ma’nosi ushbudir: yorug’lik yarim o’tkazgichda vujudga keltirgan nomuvozanat holatdagi o’tkazuvchanlik ortiqcha zaryad tashuvchilar yarim o’tkazgichda rekombinatsiyalanib ketguncha yoki ular kontaktlar orqali tashqi zanjirga chiqib ketguncha saqshish)i.

Odatda s„>s_r bo’ladi, V kuchlanish yetarlicha katta bo’lganda esa bo’lib qolishi mumkin. Fototokning kuchlanishga bog’lanishi quyidagicha o’zgarib boradi: yetarli­cha kichik kuchlanishlar sohasida t va s lar maydon kuchlanganligiga bog’liq emas, binobarin, bu sohada fototok bilan kuchlanish orasidagi bog’lanish to’g’ri chiziq kesmasi bilan tasvirlanadi. Kuchlanish (aniqrog’i kuchlanganlik) ortishi bilan elektron-kovak juftining effektiv yashash vaqti t kamaya boshlaydi, bu o’z navbatida fototokning sust o’zgarishiga yoki hatto o’zgarmay qolishiga olib kelishi mumkin.

Ko’p haqiqiy kristallarda rekombinatsion tutuvchilardan tashqari yana ushlab qoluvchi markazlar (yopishish markazlari) ham mavjud bo’lishi mumkin. Ular yorug’lik paydo qilgan zaryad tashuvchilarning bir qismi ni ushlab qoladi. U holda elektrneytrallik sharti quyidagi ko’rinishda bo’ladi:

Rekombinasiya tezliklari tengligi dan:
Demak bu holda t_l^t_r bo’ladi va statsionar fotoo’tkazuvchanlik ifodasi boshqacha bo’lib, fototokning o’sish va pasayish jarayonlari harakteriga ta’sir qiladi. Bu holda yangi harakteristik kattalik — fotoo’tkazuvchanlik bo’yicha zaryad tashuvchilarning effektiv statsionar yashash v a q t i kiritiladi.
Kichik kuchlanishlar va elektron-kovak juftlari tekis generatsiyalanadigan xususiy yutilish uchun Ap nomuvozanat holatdagi fotoo’tkazuvchanlikning o’zgarishini quyidagicha ifodalash mumkin:
Tf vaqt nomuvozanat holatdagi fotoo’tkazuvchanlikning relaksatsiya vaqti bo’lib, u Ao ning so’nish sur’atini aniqlaydi. Statsionar holatda
Agar t„ = t„ bo’lsa, u holda Tf = t_l = t_p=t. (2.22) ifodadan ko’rinishicha, t_f qancha katta bo’lsa, Aa shuncha katta va lekin, foto qabul qiluvchi qurilma inersiyasi shuncha katta, o’tkazish sohasi (polosasi) iuncha kichik bo’ladi. Foto qabul qilgichning sifatini uning a s l l i g i baholaydi:
Fototokning ko’payishi chiziqli mexanizm bo’yicha sodir bo’ladigan har bir foto qabul qilgich tipi uchun asllik o’zgarmas kattalikdir, chunki bu holda K kuchaytirish koeffisiyentining ortishi Af o’tkazish sohasini kichraytiradi yoki aksincha. Foto qabul qilgichlar parametrlarini optimallash ularning aslligini maksimallash demakdir.
The yarim o'tkazgichlar Ular harorat, bosim, nurlanish va magnit yoki elektr maydonlari kabi tashqi sharoitlarga qarab, o'tkazgichlar yoki izolyatorlar funktsiyasini tanlab bajaradigan elementlardir.
Davriy jadvalda 14 ta yarimo'tkazgich elementlari mavjud bo'lib, ular orasida kremniy, germaniy, selen, kadmiy, alyuminiy, galliy, bor, indiy va uglerod bor. Yarimo'tkazgichlar - bu elektr o'tkazuvchanligi o'rtacha bo'lgan kristalli qattiq moddalar, shuning uchun ular o'tkazgich va izolyator sifatida ikki tomonlama ishlatilishi mumkin.
Agar ular o'tkazgich sifatida ishlatilsa, ma'lum sharoitlarda ular elektr tokining aylanishiga imkon beradi, lekin faqat bitta yo'nalishda. Shuningdek, ular o'tkazuvchan metallar kabi yuqori o'tkazuvchanlikka ega emas.

Yarimo'tkazgichlar elektron dasturlarda, ayniqsa tranzistorlar, diodlar va integral mikrosxemalar kabi tarkibiy qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, qattiq jismlarning lazerlari va elektr energiyasini uzatish tizimlari uchun ba'zi quvvat moslamalari kabi optik sensorlar uchun qo'shimcha yoki qo'shimcha sifatida ishlatiladi.

Hozirgi vaqtda ushbu turdagi element telekommunikatsiya, boshqarish tizimlari va signallarni qayta ishlash sohalarida texnologik ishlanmalar uchun ham mahalliy, ham sanoat dasturlarida qo'llanilmoqda.
Turlari
Yarimo'tkazgich materiallari ular tarkibidagi aralashmalarga va ularning atrof-muhitning turli xil ogohlantirishlariga jismoniy ta'siriga qarab har xil turlarga bo'linadi.