Yarimo’tkazgichlarda yorug’likni yutolishi

Download 1,11 Mb.
bet	3/10
Sana	24.01.2024
Hajmi	1,11 Mb.
	#144515

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Bog'liq
SXEMOTEXNIKA KURS ISHI
Qutb Xorazmiyning “Xusrav va Shirin” dostoni, Oltin o‘rda o‘zbek adabiyoti, Chevrolet Cobalt 2013-2022 key-at A93v2 iKey

Yarimo’tkazgichlarda yorug’likni yutolishi

Yarimo’tkаzgich elеktr qаrshiligining elеktrоmаgnit nurlаr tа’siridа o’zgаrishi hоdisаsi fоtоrеzistiv effеkt yoki fоtоo’tkаzuvchаnlik hоdisаsi dеyilаdi. Elеktrоmаgnit (umumаn ko’zgа ko’rinаdigаn vа ko’zgа ko’rinmаydigаn) nurlаr yarimo’tkаzgichdа yutilib, qo’shimchа (оrtiqchа yoki nоmuvоzаnаt hоlаtdаgi) zаryad tаshuvchilаpni yuzаgа kеltipаdi. Yorug’likning хususiy yutilishi (bundа yorug’lik kvаnti enеrgiyasi (h>E_g) vа kirishmаviy yutilishi (hg) zаryad tаshuvchilаr juftlаrini yoki (ikkinchi hоldа) bir ishоrаli zаryad tаshuvchilаpni yuzаgа kеltipаdi (2.2.1-rаsm). Shu tufаyli fоtоo’tkаzuvchаnlikning kirishmаviy vа хususiy turlаri mаvjud. Yorug’lik yutilishining erkin zаryad tаshuvchilаpni yuzаgа kеltipmаydigаn bir nеchа mехаnizmlаri hаm bоr.

2.2.1-rаsm. Yorug’likning yarimo’tkаzgichdа хususiy (1) vа kirishmаviy (2,3) yutilishi.
Yorug’lik yutilishi hisоbigа pаydо bo’lgаn оrtiqchа ∆n elеktrоnlаr vа ∆p kоvаklаr kristаll panjara tеbrаnishlаri vа nuqsоnlаri bilаn o’zаrо tа’sirlаshishi оqibаtidа 10¹⁰—10^-12 s vаqt chаmаsidа enеrgiya vа kvаzi impulslаr bo’yichа muvоzаnаt hоlаtdаgi zаryad tаshuvchilаrniki kаbi tаqsimоtgа egа bo’lib qоlаdilаr. Shuning uchun hаm nоmuvоzаnаt hоlаtdаgi zаryad tаshuvchilаr hаrаkаtchаnligi muvоzаnаt hоlаtdаgi zаryad tаshuvchilаr hаrаkаtchаnligidаn fаrq qilmаydi vа yoritilаyotgаn
yarimo’tkаzgich elеktr o’tkаzuvchаnligining o’zgаrishigа erkin zаryad tаshuvchilаr kоnsеntrаsiyasining оrtishi sаbаb bo’lаdi. Binоbаrin, qоrоng’ilikdаgi elеktr o’tkаzuvchаnlik
Δσ=σ_yor – σ₀=е_nΔn + е_rΔp (2.2.1)
kаttаlik qаdаr оrtаdi. Mаnа Shu kаttаlik yorug’lik dаgi o’tkаzuvchаnlik (yoki fоtоo’tkаzuvchаnlik) ni ifоdаlаydi.
Nоmuvоzаnаt hоlаtdаgi zаryad tаshuvchilаrning оrtiqchа kоnsеntrаsiyalаri uzluksizlik tеnglаmаlаridаn tоrilаdi:
n n 1 ^

 g_n  div j_n (2.2.2) dt _ne
p p 1 ^

 gp   div j p (2.2.3) dt _pe
yorug’lik ning хususiy Yutilish i hоlidа elеktrоnlаr vа kоvаklаr gеnеrаsiyasi tеzliklаri o’zаrо tеng, ya’ni g_r=g_r=g. Dоimiy yoritilgаnlik shаrоitidа (stаsiоnаr

hоlаtdа) ^ⁿ^^p0 vа ^ = 0 dа tеkis gеnеrаsiyalаsh shаrоitidа div^I _n= div^I _p
t t
=0 bo’lgаni sаbаbli
Δn_st = g_nτ_n (2.2.4)
Δp_st = g_rτ_p (2.2.5)
(2.2.4) vа (2.2.5) ifоdаlаpni fоtоrеzistiv effеkt uchun birinchi хаrаktеristik munоsаbаtlаr dеyilаdi. Ulаrni e’tibоrgа оlib, stаsiоnаr (vаqtgа bоg’liq bo’lmаgаn) fоtоo’tkаzuvchаnlikni
Δσ_s_t =е_p (bg_nτ_n + g_rτ_p) (2.2.6)
ko’rinishdа yozilаdi, bundа b=_n/_{p .}
Endi biz qattiq jismlarda ro’y beradigan yorug’likni yutilishlari natijasida yuz beradigan hodisalarni ko’ramiz.Yorug’lik modda orqali o’tishida uning intehsivligi kamayadi.Nurlanishning ma’lum bir qism energiyasi yutiladi va elektronlarni energiyasini oshishiga yoki atomlarni issiqlik harakatiga sarf bo’ladi. 1- rasmda kristallarda yorug’lik ta’sirida elektronlarni mumkin bo’lgan o’tishlari ko’rsatilgan ( E_c- o’tkazuvchanlik zonasini pastki chekasiga to’g’ri kelgan energiya, E_v- valent zona yuqori chekasi). O’tish 1 o’tkazuvchanlik zonasida elektronni, valentzonada kovakni paydo bo’lishini ko’rsatadi, u fotonlar energiyasi һ√ ≥ E_c- E_c bo’lishi mumkin, ya’ni man qilingan zona kegligi ΔE dan katta.Fotonlarni kichik energiyasida elektronlarni o;tish krishmalarni local sathlaridan yoki kristal panjaralari nuqsonlaridan o’tkazuvchanlik zonasiga ( 2 o’tish) yoki valent zonadan bu sathlarga (3 o’tish) o’tadi.
Ruxsat etilgan zonalarda bitta ismli tashuvchilar xisobidan energiya hosil bo’ladi. 1, 2, 3 o’tishlar qattiq jismlarda elektro’tkazuvchanlikni o’zgartiradi, bu hodisani ichki fotoeffekt deyilib, unga asoslangan ko’pchilik asboblarni fotoqabul qilgichlar deyiladi. Ichki markaziy o’tishlarda 4 elektron erkin bo’lmaydi va yorug’likni yutilish jarayoni kristalda elektro’tkazuvchanlikni o’zgartirmaydi. Xuddi shunday eksiton yutilish (5 o’tish) va erkin zaryad tasuvchilar (6 o’tish) ham kiradi.
Elektron tomonidan fotonni yutilishida energiyani va impulsni saqlanish qo nuni bajarilishi kerak,shuning uchun yoruglikni yutilishini to’la jarayoni E energiya va p impuls o’zgarishini hisobga oluvchi diagramma yordamida ifodalanadi. 2.2. 2.
–(pasmda) kovak energiyasiga bog’liqligi tasvirlangan.

a) b)
2.2.2. - rasm.Kristallarda yorug’likni yutilishida asosiy electron o’tishlar(a), to’g’ri va noto’g’ri zonararo o’tishlar (b).
Uzluksiz chiziq yarimo’tkazgichni , qaysiki electron energiyasini minimum va kovak energiyasini maksimumi impuls qiymatiga to’g’ri keladi( to’g’ri zonalar deyiladi).Sodda holda elektronni kinetic energiyasi impuls bilan quyidagi munosabat bilan bog’liq E = p²/(2m) . 1 strelka elektronni “to’g’ri” o’tishlarini impulsni o’zgarishsiz yuz berishini tasvirlaydi.Foton impulsi h√ /c (√ - chastota, c – yorug’lik tezligi),juda kichik, va foton yutuvchi electron impursini o’zgarishini hisobga olmasa ham olasa bo’ladi. 1’ o’tish “notog’ri” va electron impulsini o’zgarisi bilan yuz beradi.Bunda fotoni yutolish jarayonida uchinchi zarracga – fonon ( kristallda tebranish energiyasi kvanti).
To’g’ri zonali moddalarga optoelektonikada keng foydalaniladigan materiallar, masalan: GaAs ( man qilingan zona kengligi ΔE =1,4 eV), CdSe (1,8eV), CdS (2,5), ZnS (3,7) va boshqalar.
Shunday holler bo’lishi mumkinki, elektronlar va kovaklarni ekstremum energiyalari diagrammada E(p) turli p ga (2.2.2. - rasmda uzulishli chiziqlar ) to’g’ri kelishi mumkin.Bunda o’tishlar fotonlarni kichik energiyasida faqat noto’g’ri (1’’) bo’lishi mumkin.Fotonlarni ancha yuqori emergiyalarida to’g’ri o’tishlar (1) saqlanishi mumkin. Noto’g’ri zonali materiallarga , masalan, Ge (0,7 eV), Si (1,1 eV), AlAs (2,2 eV), GaP(2,3 eV) va SiC nini turli politiplari (2,4 – 3,1 eV) kiradi.
2.2.2. Nurlanish manba turlari.
Nurlanish manbalarining turli xususiyatga ega bo’lgan ikkita asosiy turlari mavjud. Issiqlik nurlanish qizigan jismlardan vujudga keladi va uning intensivligi va energiyasi barcha to’lqin uzunliklar λ T⁴ ga (absolyut temperature) proposional o’sadi , T ni oshishi natijasida jismni nurlanish imkoniyati ϕ(λ) egriliklarni maksimumlari kichik to’lqin uzunliklar tomon siljiydi (2.2.2.- rasm), bunda bu maksimumga to’g’ri keluvchi to’lqin uzunlik , λ_max = b₂T^-1 , buyerda absolyut qora jism uchun b₂ = 2898mkm.K 0,5 λ_max dan 3 λ_max gacha oraliqda barcha nurlanishni 90% ga to’g’ri keladi. λ_max = 1mkm T= 2898 K da nurlanishni asosiy qismi infraqizil sohaga to’g’ri keladi . Berilgan λ ga to’g’ri keluvchi h√ = 1,24 /λ (bu yerda λ mikromertlarda, h√ - elektron - voltlarda) formuladan kvantlar energiyasini anqlash mumkin. Volfram va boshqa metallar uchun b₂ koeffisient qiymati (b₂ = 2660mkm.K) ancha kam. Qizdirgich lampalarni yetarlicha miniayutr qilish mumkin,biroq ularni f.i.k. kichik va inertligi katta, undan tashqari elektrodlarini balon ichiga joylashtirish ham kerak, bu yarimo’tkazgichli sxemalar texnologiyasi uchun to’g’ri kelmaydi. Elektr maydon ta’sirida va boshqalar) .

2.2.3-rasm. Absolyut qorajism issiqlik nurlanish spektri.

2.2.4 – rasm. Birqancha yario’tkazgichlarni lyuminesensiya spektrlari.Uzuq chiziqlar bilan kremniyli fotodiodni sezgirlik sohasi ko’satilgan.
Hozirgi zamon optoelektronikasida asosan qattiq jismlarning lyuminesensiyasidan (sovuq nurlanish) foydalaniladi. Nurlanish uchun zaruriy lyuminesensiya energiya har qanday issiqliksiz ( fotonlar yoki elektronlar bilan .nurlatish, elektr maydon ta’sirida va boshqalar) usulda berilishi mumkin.Mos ravishda fotolyuminisensiya , elektrolyuminesensiya va lyuminisensiya boshqa turlari bilan farqlanadi.Odatda , lyuminisensiya uy temperaturasida va undan past temperaturalarda , qaysiki bunda issiq nurlanish juda oz va barcha ko’zga ko’rinadigan nurlanish lyuminesensiyadan iboratdir.Umumiy holda tegishli temperaturadagi nurlanish issiqlik va lyuminesensiyadan iborat, shuning uchun C.I. Vavilovni aniqlashi bo’yicha lyuminesensiya deb, tegishli temperaturada issiqlik nurlanishlardan ortiqchalariga aytiladi va qo’zg’otish to’xtatilgandan so’ng davomiylidi yorug’lik to’lqin davridan (t_c ≈ 10^-14 s) katta. Odatda lyuminesirlovchi moddalarda (lyuminoforda) bu ushlab turish reaksiyasi qo’zg’lishni o’chishidan t_c ancha katta va lyuminaforda energiyani o’zgarish jarayonini berib,lyuminesensiya uchun xarakterli bo’ladi.
2.2.5 – rasmda yarimo’tkazgich tomonidan energiya yutulishlar natijasida ro’y beruvchi elektron o’tishlar sxemasi berilgan. Amalda barcha teskari o’tishlarda elektronlar energiyasi kamayadi, u yoki bu spectral sohasida nurlanish yuz beradi. Turli man qilingan zonali va turli krishmalar kiritilgan yarimo’tkazgichlardan foydalanib, nurlanishni barcha ko’zga ko’rinadigan va infraqizil diapazonyaqinidagi nurlanishlarni olish mumkin(2.2.4 – rasm).
Zonalararo o’tishlar 1 ning to’g’ri zonali materiallarda ehtimolligi ancha yuqori (2.2.5 – rasm). Ko’zga ko’rinadigan nurlanish spektri (0,38 – 0, 7) kengligi man qilingan zonalar kengligi 1,6 – 3.0 eV oraligiga mos keladi.Krishmali sathlar qatnashgan (2, 3, 4 ) nurlanuvchi o’tishlar to’g’ri va noto’g’ri zonali materiallarda bo’lishi mumkin.
2.2.5 – rasmdagi 2 o’tish oraliq akseptor orqali o’tkazuvchanlik zonasida elektronni va valent zonasida kovakni rekombinasiyasiga to’g’ri keladi, 3 – o’tish shtrx ikki turdagi yaqin joylashib hosil bo’lgan donorli(D) va akseptorli (A) orqali bo’ladi. Bu barcha hollarda energiyani yutilish va nurlanish jarayonida o’tkazuvc hanlik va valent zonalar qatnashadi ,bunga mos lyuminesensiyani rekombinasiyali deb ataladi. Krishma markazi oralig’ida qo’zg’olgan asosiy sathdan elektronni o’tishi 4 yuz beradi, bunga to’g’ri keluvchi lyumiesensiya ichki markaziy deb ataladi.Qattiq jismlardagi bu ikki ko'rin’shdagi lyuminesensiyalar ma’lum darajada harxil xarakteristikalarga ega bo’ladi.
Past temperaturalarda va yuqori qo’zg’otish sathlarida ekiston holat (5 o’tish) orqali rekombinasiya bog’liq lyuminesensiya paydo bo’lishi mumkin.Bunda chiqayotgan fotonlar energiyasi ΔE ga yaqin.
Krishmalardan tashqari, qaysiki lyuminisensiya markazlari ( ularni ko’pincha aktivatorlar deb ataladi) hosil qiladi, kirishmalar mavjudki, ular o’chirish markazlari hosil qiladi , ya’ni bu markazlar orqali rekombinasiya nurlanishni hosil qilmaydi.Yarimo’tkazgich ZnS da o’chirgichlar bo’lib , masalan , Fe, Co, Ni bo’lishi mumkin.O’chirish markaz sathlarni nurlanishsiz o’tishlar (7 o’tish) 2.2.5 – rasmda uzuq chiziqlarda ko’rsatilgan.
Nurlanishsiz energia qo’zg’atish issiqlik energiyasiga aylantirish imkonini boshqa imkoniyati Oje jarayonlar deb ataluvchi , qaysiki energiya electron ancha past sahga o’tishi (8 o’tish)da ajralgan energiya o’tkazuvchanlik zonasidagi boshqa elektronga beradi, qaysiki buzonada yuqori sathga ko’teriladi (9 o’tish).Keyin bu electron o’tkazuvchanlik zonasi tushib qoladi (6 o’tish). Oje – jarayonlarni extimolligi erkin zaryad tashuvchilarning konsentrasiyasi oshishi bilan o’sadi.

2.2.5 - rasm.Yorug’likni nurlanishi bilan yuz beradigan elektron o’tishlar (1- 5) va yuz bermaydigan (6- 9) elektron o’tishlar.
lyuminesensiyaning ichki kvant chiqish qiymati η_k bilan aniqlanib, u berilgan energiyani qancha qismi nurlanishga aylanganini ko’rsatuvchi ahamiyatli xarakteristikalaridan biridir.Elektrolyuminesensiya holat uchun η_k kristal orqali o’tgan har bir elektronga to’g’ri keluchi vujudga keltirilgan fotonlar soniga teng. Ba’zibir elektrolyuminesent nurlagichlar uchun kvant ichki chiqish η_k birga yaqinlashishi mumkin, ayniqsa past temperaturalarda.
Agar nurlanish yarimo’tkazgichli fotoqabul qilgichda qabul qilinayotgan bo’lsa, unda uni spectral sezgirligi yorug’lik manba nurlanish spektri bilan mos kelishi kerak.Qulay qabulqilgich kremniyli diod bo’lib, u keng spectral sezgirlikka ega.
Turli markazlarni lyuminsension nurlanishlari o’z-o’zidan va bir – biriga bog’liq bo’lmagan boshqa markazlarda ro’y berishi mumkin. Bu holatda chastota , qutblanish va yorug’likni tarqalish yo’nalishi turli ( nikogeret nurlanish) bo’lishi mumkin. Boshqa holatlarda majburiy nurlanish amalga oshirilishi mumkin, bunda bitta markazdan bir xil chastotali va qutiblangan stimullashgan nurlanish (kogerent nurlanish) olinadi. Optoelektronikada nokogerent nurlanish manbalari ( yorug’lik diodldri, kukun ko’rinish asosidagi va plyo’nkali lyuminoforlar) foydalaniladi, xuddi shunday kogeret (lazerlar) nurlanishlardan foydalaniladi.
2.3. Optoelektron asbovblarni sinflarga bo’linishi va qo’llanilishi
Optron asboblar deb, u yoki boshqa ko’rinishda o’zaro aloqani oshiruvchi nurlanish manbai va qabul qilgichga (yorug’liknurlagich va fotoqabulqilgich) ega bo’lgan yarimo’tkazgichli asbobga aytiladi.
Har qanday optronlarni ishlash prinsipi quidagilarga asoslangan. Nurlagichda elektr signal energiyasi yorug’likka, fotoqbulqilgichda esa, uni teskarisi yorug’lik signali elektr signaliga o’zgaradi. Amalda tarqalgan optronlar bo’lib, qaysiki unda nurlagichdan fotoqabulqilgichga tomon to’g’ri optik aloqaga ega bo’lganlari bo’lib, bunda elementlar orasidagi hamma ko’rinishidagi elektr aloqalar bo’lmaydi. Optik aloqani mavjudligi kirish (nurlagich) va chiqish (fotoqabulqilgich) orasidagi elektr izolyasiyani ta’minlaydi.
Shunday qilib, bunday asbob elektron zanjirlarda aloqa elementi funksiyasini bajaradi, shu bilan bir vaqtda kirish va chiqish elektr (galvanik) yechimi amalga oshirilgan.

Download 1,11 Mb.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Download 1,11 Mb.