4-Tema. Yarim ótkizgishlerdegi deffektler. Deffektlerdiń túrleri. Deffektlerdiń payda bolıw sebepleri ha`m olardin` yarim o’tkizgishlerlerdiń qa’siyetlerine tásirin úyreniw

3.3. Yari’m wo’tkizgishlerdin’ fotowo’tkizgishligi

Biz ji’llili’q energiyasi’ ta’sirinde yerkin elektronlardi’n’ ju’zege keliwin ko’rip

Elektrondi’ yerkin hali’na wo’tkeriw yaki tesiklerdi’n’ payda boli’wi’n sonday – aq jaqti’li’q energiyasi’ ta’sirinde de a’melge asi’ri’w mu’mkin.

Qosi’msha yerkin elektronlar yaki tesiklerdin’ ju’zege keliwi de yari’m wo’tkizgishtin’ elektr wo’rkizgishigin artti’riwg’a alip keledi.

Yari’m wotkigishke kelip tusetug’i’n jaqti’li’qti’n’ energiyasi’ elektronlar arqali’ beriledi. Bunda ha’r bir ayrim elektrong’a beriletug’i’n energiya jaqti’li’qti’n’ terbelisinin’ jiyiligine baylani’sli boli’p, jaqti’ni’n’ ayqi’nligi’na baylani’sli’ bolmaydi’. Jaqti’ni’n’ ayqinli’g’i’ni’n’ arti’wi’ menen jaqti’li’qti’ juti’wshi’ elektronlardi’n’ sani’ artadi’, biraq wolardi’n’ ha’r birinin’ alatug’i’n energiyasi’ artpaydi’.

Fotonni’n’ energiyasi’n to’mendegi formula menen anlati’w mu’mkin yekenligin yesletemiz:

E = h (1)

E – foton energiyasi’;

h – Plank turaqli’si’;

– jaqti’li’q terbelislerinin’ jiyiligi.

Mi’sal ushi’n sari’ jaqti’li’q ushi’n foton energiyasi’n yesaplaymi’z. Plank turaqli’si’ h = 4,15.10^-15 ev.sek yekenligin yesapqa ali’p ha’m sari’ jaqti’li’q terbelis jiyiligi 5.10¹⁴ sek^-1 , sonda energiya 4,15.10^-15 . 5.10¹⁴ = 2,075 ev, yag’ni’y shama menen yeki ev qa ten’ boladi’. Jaqti’li’qti’n’ _min minimal yaki shegarali’q jiyiligi yari’m wo’tkizgish kristali’nda usi’ jiyilikten joqari’ bolg’anda fotoeffekt baqlanatug’i’n jiyilikke ayti’ladi’. Menshikli yari’m wo’tizgishlerdin’ ko’pshiliginde qadag’an yetilgen zonasi’ni’n’ ken’ligi yeki ev tan atri’q bolmaydi’, biraq yari’m wi’tkizgishti sari’ jaqtiliq penen jaqti’rti’wda elektronlardi’n’ bir bo’legi toli’ zonadan wo’tkizgishlik zonasi’na wo’tip, usi’ni’n’ menen woni’n’ elektr wo’tkizgishligin artti’radi’.

Wo’tkizgishlik zonasi’ni’n’ tu’binen (elektronli’ yari’m wo’tkizgsh) yaki toli’ zonasi’ni’n’ joqarg’i’ juyeginen (tesikli yari’m wo’tkizgish) aralaspa qa’ddine shekemgi arali’q aralaspali’ yari’m wo’tkizgishler ushi’n elektron boltti’n’ bir neshe wonli’q u’leslerinen arti’q bolmaydi’, aralaspalardi’n’ barli’q atomlari’ni’n’ toli’q ionlasi’wi’na jiyiliklerdin’ optikali’q srektri fotonlari’ni’n’ ag’i’mi’ni’n’ jetkilikli ti’g’i’zqta ta’sir yetiwinde yerisiw mu’mkin boladi’.

Ha’r bir ani’q yari’m wo’tkizgish ushi’n jaqti’li’qti’n’ _min minimal jiyiligi bar boli’wi’ tiyis boli’p, usi’ jiyilikte fotoeffekt baqlanatug’i’n bolsi’n. Bul jag’dayda_min dan kishi jiyilikke iye ha’m yerkin elektronlardi’ qozdi’rmaytug’i’n jaqtili’q niri’ yari’m wo’tkizgish kristali’ ta’repien juti’lmawi’ kerek. Biraq a’meliyat _min dan kishi jiyiliktegi jaqtili’qti’n’ da juti’latu’g’i’ni’n ko’rsetedi. Bul ha’diyse soni’n’ menen tu’sindiriledi, elektron toli’ zonadan arti’qmash energiyag’a iye halg’a wo’tkeriliwi mu’mkin yeken. Bunda wol wo’tkizgishlik zonasi’na shekem jetip bara almaydi’ ha’m elketr wo’tkizgishlikte qatnaspaydi’, al wol toli’ zonadan shi’g’i’p ketkennen keyin payda bolg’an tesik penen baylani’sqan hali’nda qaladi’. Zariyadlardi’n’ bunday hali’ eksiton dep ataladi’. Eksitonni’n’ payda boli’wi’nda elektrondi’ wo’tkizgishlik zonasi’nda yerkin hali’na wo’tkeriw ushi’n kerekli energiyadan kishi energiya talap yetiledi. Eksitonlardi’n’ rekombinasiyasi’ ya elektromagnit tolqi’ndi’ nurlandi’ri’w, ya eksiton energiyasi’n reshetkaga ji’li’li’q ta’rizinde beriw menen a’melge asi’ri’ladi’. Son’g’i’ ha’diyse ko’p baqlanadi’. Yari’m wotkizgishlerde jaqti’liqti’n’ ta’sirinde ju’zege keletug’i’n eksitonlardi’n’ boli’wi’ fotowo’tkizgishlikti ju’zege keltirmeytug’i’ni’n eksperimentler da’lilleydi.

Yari’m wo’tkizgishler fotowo’tkizgishlik jaqti’rti’wdag’i’ ha’m qaran’g’i’li’qtag’i’ sali’sti’rmali’ elektr wo’tkizgishlikleridin’ ayi’rmasi’ menen ani’qlanadi’:

σ_f = σ_jaq – σ_qar (2)

Qaran’g’i’li’q elektr wo’tkizgishligi belgili formula arqali’ ani’qlanadi’:

σ_qar = enu

n – yerkin qaran’g’i’li’q elektronlardi’n’ koncentraciyasi’.

Yari’m wo’tkizgishtin’ wog’an jaqti’li’q ta’sir ko’rsetkendegi elektr wo’tkizgishligi

σ_jaq = e(n + ∆n)u (3)

boladi’, bunda ∆n - yari’m wo’tkizgishti jaqti’li’q penen jaqti’rti’w aqi’betinde ju’zege kelgen qosi’msha elektronlardi’n’ sani’.

Solay yetip, jaqtili’q ta’sirinde ju’zege keletug’i’n elektr wo’tkizgishlik

σ_qar = e∆nu (4)

boladi’.

Jaqti’li’q ta’sirinde aji’rali’p shi’qqan elektronlar ju’da’ qi’sqa waqi’t dawami’nda (10^-3-10^-7 sek) wo’tkizgishlik zonasi’nda jaylasadi’. Elektr maydani’ bolmag’anda wolar atomlar arali’q bosli’qta xaotik ha’rekette boladi’. Kristallg’a potenciyallar ayi’rmasi’ berili menen-aq wolar elketr wo’tkizgishlikte qatnasadi’.

U’lgini jaqti’rti’w toqtag’annan keyin elektronlar energiyani’n’ to’mengi qa’ddi – aralaspalar qa’ddine yaki toli’ zonag’a wo’tedi. Yari’m wotkizgish u’zliksiz jaqti’rti’lg’anda jaqti’liq penen generaciyalanatug’i’n ha’m rekombinaciyalanatug’i’n (to’mengi qa’ddilerge wo’tetug’i’n) tasi’wshi’lar arasi’nda dinamikali’q ten’ salmaqli’li’q wornati’ladi’.

Fotowo’tkizgishlktin’ yari’m wo’tkizgishtin’ uluwma elektr wo’tkizgishliktegi roli temperaturani’n’ arti’wi’ menen artadi’, sebebi temperaturani’n’ to’menlewi menen (3) an’latpadag’i’ birinshi qosi’li’wshi’ kemeyedi. Bunnan basqa σ_f shamasi’ni’n’ absolyut ma’nisi de artadi’. Buni’ tokti’n’ ji’lli’li’q tasi’wshi’lari’ni’n’ koncentraciyasi’ni’n’ kemeyiwi menen tokti’n’ fototasi’wshi’lari’ni’n’ rekombinaciyasi’ni’n’ itimalli’g’i’ kemeyedi’.