|
§. o’tishlarda fotoeffekt
|
| bet | 1/11 | | Sana | 20.09.2022 | | Hajmi | 1.67 Mb. | | #26119 |
Bog'liq 8-bob Algebra 8-klass, malumotnona, baholar bayonnomasi, 9-sinf, 11-mavzu xurshid do‘stmuhammad qissalari tahlili reja X. Do„st, Dustmuratov 1-qism1 (4), Metodbirlashma rejasi2022-2023, 2 sinf ona tili va o\'qish savodhonligi navbatda turishni bilasizmi (2), 8-iqtisod, Jononov domlaga dastur555555555555, Резюми Бобур ака янги, 9ameliy, 1-3 bsinf, 4.1 Бартел Шкаласи
8.1 -§. - o’tishlarda fotoeffekt.
Ma’lumki, bir yarim o’tkazgich namunasida elektron o’tkazuvchanlikli va kovak o’tkazuvchanlikli ikki soha hosil qilish mumkin. Elektronlar - sohadan - sohaga diffuziyalanib o’tib, asosan uning hajmida rekombinatsiyalanib ketadi, chegaraning - soha tarafidagi tor qatlamda esa donor ionlardan iborat musbat qo’zg’almas hajmiy zaryad qoladi. Kovaklar esa -sohadan -sohaga diffuziyalanib o’tib, asosan uning hajmida rekombinatsiyalanib ketadi. Chegaraning - soha tarafidagi tor qatlamda esa akseptor ionlardan iborat manfiy qo’zg’almas hajmiy zaryad qoladi. Hajmiy zaryadlar paydo bo’lishi bilan birga chegaraviy qatlamda - sohadan - sohaga yo’nalgan elektr maydon va uning tasirida elektronlar va kovaklarning dreyf oqimlari vujudga keladi. Hajmiy zaryadli chegaraviy qatlamning shakllanishi to dreyf oqimlari diffuzion oqimlarga tenglashguncha davom etadi. va sohalar chegarasida vujudga keladigan qatlamni o'tish deyiladi (8.1-rasm).
a) b) v)
8.1-rasm. -o’tishning energetik sxemasi: yoritilmagan (muvozanatdagi) hol; yoritilgan (nomuvozanat) hol.
Yuqorida aytilganlarga ko’ra, - o’tish sohasi quyidagi asosiy xossalarga egadir:
1. Termodinamik muvozanat sharoitida - o’tish sohasi hajmiy zaryad mavjud bo’lgan qatlamdir. Bu hajmiy zaryadni asosan donor va akseptor ionlar tashkil etadi.
2. - o’tishning hajmiy zaryadiga bog’liq bo’lgan va sohadan sohaga tomon yo’nalgan elektr maydon mavjud, u esa bu sohada potensial o’zgarishini taqozo qiladi, binobarin, - o'tishning chegaralari orasida potensiallar ayirmasi vujudga keladi.
3. - o’tishning elektr maydoni elektronlarning sohadan sohaga tomon va kovaklarning sohadan sohaga tomonga o’tishiga to’sqinlik qiladi. Shuning uchun hozir aytilgan ma’noda - o’tish potensial to’siq bo’lib, uning balandligi -sohadagi potensiallar ayirmasiga teng.
4. Yupqagina -o’tish qatlamidagi ichki elektr maydon elektr yurituvchi kuch hosil qilmaydi.
5. - sohasida harakatchan zaryadlar - elektronlar va kovaklar juda kam miqdorda bo’ladi, binobarin, bu sohaning solishtirma qarshiligi juda ham katta (solishtirma o’tkazuvchinligi juda kichikdir).
o’tish orqali sohadan sohaga o’tuvchi elektronlar va kovaklar toklari zichligini va bilan, sohadan sohaga o’tayotgan kovaklar va elektronlar toklari zichligini esa va bilan belgilasak, u holda muvozanat sharti quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
, (8.1)
bundan:
; .
(8.1) dan ko’rinishicha, elektronlar toklari yig’indisi hamda kovaklar toklari yig’indisi nolga teng.
sohadan (unda asosiy bo’lmagan tashuvchilar bo’lmish) elektronlarning sohaga oqim zichligi va sohadan (unda asosiy bo’lmagan tashuvchilar bo’lmish) kovaklarning sohaga oqim zichligi to’yinish toki zichligining tashkil etuvchilaridir:
. (8.2)
Agar -o’tishli yarimo’tkazgichni fotonning energiyasi bo’lgan kuchsiz yorug’lik bilan yoritilsa, unda elektron – kovak juftlari vujudga keladi. Birinchi tartibda asosiy zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining o’zgarishi hisobga olinmasa ham, yoritishning tasiri asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasini oshirishdan iborat bo’ladi.
Agar - o’tishni uning chegarasi bo’ylab yoritilsa (8.1-rasm), u holda namunada nomuvozanat holdagi zaryad tashuvchilar vujudga keladi. o’tish sohasidan diffuzion uzunlik chamasidagi masofada vujudga kelgan elektron – kovak juftlar - o’tish chegarasi tomonga diffuziyalanadi, uning maydoni esa juftlarni ajratadi, yani elektronlarni sohadan sohaga o’tkazadi, kovaklarni esa sohadan sohaga o’tkazadi. o’tishdan diffuzion uzunlik chamasidan nariroqda vujudga kelgan nomuvozanatiy elektronlar va kovaklar o’tishga yetib kelolmay, rekombinatsiyalanib ketadilar.
Yorug’lik o’tish tekisligiga tik tushayotgan holda (8.1, b-rasm) agar o’tish yoritilayotgan sirtdan uncha ichkarida bo’lmasa, uning ikkala tarafida ham elektron – kovak juftlar vujudga keladi.
Agar o’tish yoritilayotgan sirtdan ancha ichkarida bo’lsa, bu holda nomuvozanat holatdagi elektron – kovak juftlar faqat o’tishning yoritilayotgan tarafida vujudga keladi. O’tishning elektr maydoni o’tish yaqinidagi asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarni tezda boshqa sohaga - o’zlari asosiy bo’lgan sohaga o’tkazadi.
Agar o’tish zanjiri uzuq bo’lsa, bu holda yoritish sohada elektronlarning (manfiy zaryadlarning) sohada kovaklarning (musbat zaryadlarning) to’planishiga sabab bo’ladi, potensial to’siq qadar pasayadi, o’tishning muvozanat holati buziladi. Yoritish oqibatida o’tishning ikki tarafi orasida paydo bo’lgan qo’shimcha potensiallar ayirmasi salt yurishi EYUKi deyiladi.
o’tishni yoritgandan fototok hosil bo’ladi, u nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar tokiga mos keladi. o’tishda yoritishda hosil bo’ladigan foto EYUKni aniqlash uchun natijaviy tokni quyidagicha yozib olamiz:
(8.3)
Muvozanat holatdagi asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilar toklari o’zining qiymatini saqlab qoladi:
; . (8.4)
Biroq, potensial to’siq pasayishi tufayli o’tish orqali oqadigan asosiy zaryad tashuvchilar toklari ortadi:
; . (8.5)
To’yinish to’la toki zichligi bo’lishini e’tiborga olsak va (8.5) ni (8.3) ga qo’ysak:
. (8.6)
To’la fototok
(8.7)
bundan:
. (8.8)
(8.8) tenglama har qanday rejim uchun fotodiod tenglamasidir (8.2, b-rasm).
8.2-rasm. Yupqa o’tishli fotoelement va fotodiodning volt-amper xarakteristikasi .
Zanjir uzuq bo’lgan holda ( , ) da bo’ladi:
. (8.9)
Qandaydir qarshilik ulangan holda (8.8) ifoda
ko’rinishini oladi, bunda .
Qisqa tutashuv holida , , . o’tishning bu ish rejimini ventil fotoelement rejimi deyiladi.
Agar o’tishga yopuvchi yo’nalishda kuchlanish berilsa, yoritish sharoitida u fotodiod rejimida ishlaydi. Bunday holda teskari VAX ning to’yinish qismi ishlash qismi bo’ladi. Teskari kuchlanish ancha katta bo’lgan holda o’tish orqali oqayotgan tok fototok va teskari tokdan iborat:
, (8.11)
zanjirdagi tok esa: ; fotodiod tenglamasi:
. (8.12)
bo’lganda bu diodning ma’lum tenglamasiga aylanadi.
Endi fotonlar oqimi o’tishga tik tushayotgan holda va sohalarda nomuvozanat holatdagi zaryad tashuvchilar xossalarini qarab chiqaylik. Yoritilayotgan fotodiodning nazariy VAX ini tekshirishda Kumerov quyidagi farazlarga asoslangan:
1. o’tish sohasining qalinligi sohalar o’lchamiga hamda bu sohalarda zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunligi ga nisbatan juda kichik. Shu tufayli bu holda yon sirtlardagi rekombinatsiya hamda sohaning o’zidagi generatsiya va rekombinatsiya hisobga olinmaydi (8.2, a - rasm).
2. o’tish sohasidan tashqarida elektr maydon yo’q, binobarin, zaryad tashuvchilar faqat diffuzion harakat qiladilar.
3. Zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi yetarlicha kichik, shuning uchun ham Boltsman statistikasidan foydalanish mumkin.
Bu farazlar e’tiborga olinsa, sohadagi kovaklar uchun uzluksizlik tenglamasi bizga ma’lum bo’lgan ko’rinishni oladi:
.
Integrallash doimiylari va larni aniqlash uchun chegaraviy shartlar:
1) sirtda ( bo’lganda):
; (8.13)
2) o’tishda :
. (8.14)
tipli yarimo’tkazgichdagi nomuvozanat holatdagi kovaklar uchun uzluksizlik tenglamasini yechib, ularning konsentratsiyasi taqsimotini topish mumkin. Bu tenglama statsionat holat da:
ko’rinishni oladi. Ushbu tenglamaning umumiy yechimi esa quyidagicha:
.
Yuqoridagi tenglamaga topiladigan va larni qo’yamiz, so’ng uning asosida o’tish chegarasida kovaklar toki zichligini topamiz: .
sohadagi elektronlar uchun uzluksizlik tenglamasi quyidagicha:
.
o’tish orqali o’tayotgan elektronlar toki zichligi
(8.15)
dan konsentratsiya taqsimoti tenglamasining umumiy yechimi topiladi:
. (8.15, a)
va larni topish uchun chegaraviy shartlar:
1) o’tishda:
; . (8.16)
2) namunaning yoritilmaydigan tomonida
; . (8.17)
va larni topib, (8.15, a) ga qo’yib, o’tish orqali elektronlar toki zichligining uzil-kesil ifodasi olinadi. To’la tok zichligi:
. (8.18)
bo’lganda qisqa tutashuv bo’ladi, ya’ni tok qisqa tutashuv toki bo’ladi. Hisoblashlarning ko’rsatishicha, qisqa tutashuv rejimida o’tish orqali to’la tok ifodasi quyidagicha:
(8.19)
bu yerda - namunaning yoritilayotgan yuzasi; .
To’la teskari tok (to’yinish toki)
. (8.20)
strukturalar holida qatlam tarafidan yorug’lik tushirilganda:
a) ;
b) ;
c) sirtdagi rekombinatsiya yo’q, ya’ni bo’ladi, degan farazlar qilinsa, qorong’ulikdagi tok va fototok tarkibidagi kovaklar tokini hisobga olmaslik mumkin, binobarin, o’tish orqali to’la tok sohada mavjud bo’lgan elektronlar tokidan iborat bo’lib qoladi. sohaning qalinligi katta, ya’ni bo’lganda qisqa tutashuv toki ifodasi soddalashtiriladi. Bu holda:
; . (8.21)
Endi , ya’ni yorug’lik sohada asosiy bo’lmagan tashuvchilar diffuzion uzunligi dan kichikroq masofada to’la yutiladi, deb faraz qilaylik. Bu holda sohada vujudga kelgan barcha elektron-kovak juftlar hajmiy zaryad sohasiga yetib keladi va bu yerda ajratiladi. Qisqa tutashuv toki ifodasiga qalinlik kirmagan, bunga biz qabul qilgan shart sababdir. Bu shart haqiqiy fotodiodlar uchun juda muhim. Darvoqe, namunaning ketma-ket qarshiligi qalinlik ortishi bilan ortadi va uni xohlagancha katta qilib bo’lmaydi.
Ventil rejimidan yorug’lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda va kichik energetikada foydalaniladi. Fotodiod rejimi esa yorug’lik signallarini elektr signallariga aylantirishda qo’llaniladi va optoelektronikada, o’lchashlar texnikasida, avtomatikada katta ahamiyatga egadir.
|
| |
