1. Fotoeffekt haqida tushuncha. Fotoeffekt qonunlari. Ichki fotoeffekt haqida tushuncha

Fotoo’tkazuvchanlik uchun asosiy xarakteristik munosabat: Yarimo’tkazgichda yorug’lik yutilishi bilan belgilanuvchi noturg’un o’tkazuvchanlik elektronlarining va teshiklarning konsentratsiyalari mos holda va bo’lsin. Yarimo’tkazgichning o’tkazuvchanligi uchun ifodani quyidagi ko’rinishda yozamiz:
, (10)
bu yerda . To’liq o’tkazuvchanlik turg’un o’tkazuvchanlik va fotoo’tkazuvchanlik larning summasi kabi topiladi. (10) ifodani, ayyonki, quyidagi ko’rinishda yozish mumkin:
, (11)
bu yerda va .
Maksimal ravishda soddalashtirish maqsadida yorug’lik nurlanishi Yarimo’tkazgichning butun hajmida tekis yutiladi va demak, noturg’un zaryad tashuvchilarning Yarimo’tkazgichning bir joyidan boshqa joyiga diffuziyasi mavjudmas deb faraz etamiz. Bundan tashqari, yorug’lik oqimi vaqt o’tishi bilan o’zgarmaydi deb hisoblaymiz, Ya’ni statsionar holatni qaraymiz. Ushbu sharoitlarda quyidagi tenglik o’rinli bo’ladi:
. (12)
Bu tenglik tashuvchilarning issiqlik ( ) va yorug’lik ( ) generatsiyalarining tezliklarining yig’indisi ushbu tashuvchilarning rekombinatsiYasiga tengligini bildiradi. va bo’lganligi uchun (12) ni ga o’zgartiramiz va bundan quyidagini olamiz:
. (13)
Bu munosabat fotoo’tkazuvchanlik uchun asosiy xarakteristik munosabat deyiladi. Umuman aytganda bunday munosabatlar ikkitadir: bittasi o’tkazuvchanlik elektronlari uchun, ikkinchisi esa – teshiklar uchun:
; . (13a)
Olingan munosabatlarning fizik ma’nolari oddiydir. Yarimo’tkazgichda yorug’lik yutilishi bilan belgilanuvchi qo’shimcha zaryadlar tashuvchilarning soni qanchalik ko’p foton yutilsa, ushbu Yarimo’tkazgichning kvant chiqishi qanchalik katta bo’lsa va qaralayotgan Yarimo’tkazgichda tashuvchi qanchalik ko’p «Yashasa» shunchalik ko’p bo’ladi.
Yarimo’tkazgichlarning fotoo’tkazuvchanligi: Bu kattalik fotoo’tkazuvchanlikning yarimo’tkazgichga tushayotgan yorug’lik oqimining zichligiga nisbati kabi aniqlanadi:
(14)
Yorug’lik oqimining zichligi ni Yarimo’tkazgichning hajmida vaqt birligi ichida yutilayotgan fotonlar soni orqali ifodalaymiz. Vaqt birligi ichida birlik yuzaga tushayotgan fotonlar soni ga teng. Bulardan Yarimo’tkazgichning sirtidan fotonlar qaytadi, bu yerda – yorug’likning qaytish koeffitsiyenti. ni ga ko’paytirib, bu yerda – optik yutilishning chiziqli koeffitsiyenti (u uzunlikka teskari o’lchov birligiga ega), ning kattaligini topamiz. SHunday qilib, va bu yerdan quyidagiga ega bo’lamiz:
(15)
(15) ni (14) qo’yib,
(16)
ni olamiz. yarimo’tkazgichlarda zaryad tashuvchining yashash vaqti va rekombinatsiyalovchi markazlar konsentratsiyasi orasidagi
bog’lanishni hamda (13a) ni e’tiborga olib, quyidagini olamiz:
(17)
Yarimo’tkazgichning fotoo’tkazuvchanligini aniqlovchi asosiy parametr – tashuvchilarning Yashash vaqti hisoblanadi. Bu parametrni boshqarish uchun turli xil tipdagi kirishmalar ishlatiladi. Ularning konsentratsiyasi 10¹⁷ dan tortib to 10²⁶m^-3 gacha bo’lgan keng chegaralarda o’zgaradi. Turli xil Yarimo’tkazgichlar uchun tashuvchilarning Yashash vaqti 10^-13s dan to o’nlab va yuzlab sekundlargacha bo’lgan qiymatga ega. Agar 10^-4s dan katta Yarimo’tkazgich fotosezgirligi yetarlicha katta hisoblanadi.

1. 
   b)
   

10-a,b-rasmlar.p-n o’tishdagi fotoeffekt

Fotorezistorlar, fotoelementlar: Birjinsli bo’lmagan yarimo’tkazgichlarda o’tkazuvchanlikning o’zgarishidan tashqari potensiallar farqi ham (foto-EYUK) paydo bo’ladi. Fotogal’vanik effekt deb atalgan bu hodisaning sababi shundaki, Yarimo’tkazgichlar bir tomonli o’tkazuvchanlikka ega bo’lgani uchun o’tkazgich hajmidagi optik jihatdan uyg’otilgan va manfiy zaryadga ega bo’lgan elektronlar o’z elektronlarini yo’qotgan atomlar yaqinida paydo bo’ladigan va musbat zaryadga ega bo’lgan teshiklardan fazoviy ajratiladi. Elektron va teshiklar Yarimo’tkazgichning qarama-qarshi uchlarida yig’iladi, natijada elektr yurituvchi kuch vujudga kelib, tashqi EYUK berilmasa ham yoritilgan yarimo’tkazgichga parallel ulangan yuklama qarshilik (nagruzka) orqali elektr toki o’ta boshlaydi. SHu tarzda yorug’lik energiyasi elektr energiyasiga bevosita aylantiriladi. Xuddi shu sababli yorug’likning fotogal’vanik qabul qilgichlari yorug’lik signallarini qayd qilish uchungina emas, balki elektr zanjirlarida elektr energiyasi manbai sifatida ishlatiladi. Ushbu effektning turli xil ko’rinishlari mavjud:
1) o’tishda ventil (bar’yer) li foto-EYUK ning paydo bo’lishi;
2) diffuziyali foto-EYUK ning paydo bo’lishi (Dember effekti);
3) magnit maydoniga joylashtirilgan Yarimo’tkazgich yoritilganida foto-EYUK ning paydo bo’lishi (fotomagnitoelektr effekt yoki Kikoin-Noskov effekti).
o’tishdagi fotoeffekt: -tipdagi Yarimo’tkazgich bilan -tipdagi yarimo’tkazgichlarning kontaktini qaraymiz. Kontakt sohasida energetik zonalarning o’zaro siljishiga olib keluvchi zonalarning egrilanishi ro’y beradi (10- a-rasm). Rasmda shtrix chiziqlar bilan Fermi sathi (termodinamik muvozanat holatida -sohaning Fermi sathi -sohaning Fermi sathi bilan ustma-ust tushadilar), 1 bilan o’tkazuvchanlik zonasining osti va 2 bilan valent zonasining tepasi belgilangan. -sohada asosiy tashuvchilar teshiklar hisoblanadilar; ularning konskentratsiyasi o’tkazuvchanlik elektronlarining konsentratsiyasidan ko’p marta kattadir. -sohada teskari manzara kuzatiladi; u yerda elektronlar asosiy tashuvchilar hisoblanadilar. Elektronlarning konsentratsiyasi yuqori bo’lgan soha ( -soha) dan ularning konsentratsiyasi kichik bo’lgan soha ( -soha) ga diffuziyalanishiga balandligi ga teng bo’lgan potensial bar’yer to’sqinlik qiladi. – kontakt potensiallar farqi. Xuddi shuni teshiklarning diffuziyalanishiga ham qayd qilib o’tish mumkin. Boshqacha qilib aytganda, o’tishdagi kontakt potensiallar farqi asosiy tashuvchilarning «o’z» sohalaridan ketishiga to’sqinlik qiladi. SHu bilan u noasosiy tashuvchilarning boshqa sohaga o’tishiga yordamlashadi (biroq bunga mos keluvchi tashuvchilarning, ularning ketishi mumkin bo’lgan sohada yuqori konsentratsiyada ekanligi to’sqinlik qiladi).
Faraz qilaylik, -Yarimo’tkazgichga tashqari tomondan energiyasi taqiqlangan zona kengligidan katta bo’lgan fotonlar oqimi tushayotgan bo’lsin (10-b-rasm). Fotonlar o’tkazuvchanlik elektronlarini va teshiklarni generatsiyalaydilar va bu hosil bo’lgan tashuvchilar -soha orqali o’tish yo’nalishida diffuziyalana boshlaydilar. O’tkazuvchanlik elektronlari -soha uchun noasosiy tashuvchilar bo’lganli uchun o’tishdagi ichki maydon ularni -sohaga «tortadi». Teshiklar esa -sohada asosiy tashuvchilar hisoblanadilar, shuning uchun o’tishdagi ichki maydon ularni tormozlaydi va orqasiga -sohaga qaytaradi. Natijada optik generatsiyalangan elektronlarning va teshiklarning fazoviy bo’linishi ro’y beradi; -Yarimo’tkazgich musbat zaryad, -Yarimo’tkazgich manfiy zaryad oladi, bu esa foto - EYUK ning paydo bo’lishiga ekvivalentdir. Bunda -sohadagi va -sohadagi Fermi sathlari bir-biriga nisbatan ga siljiydi, bu yerda – foto - EYUK; kontakt potensiallar farqi ga kamayadi (b-rasm).