Kremniy asosida yaratilingan yorug’lik va harorat datchiklarining ishlash mexanizmi

Kalit so‘zlar. Yorug‘lik datchiklari, harorat datchiklari, nanoklasterlar, kompensatsiyalangan kremniy.
Ключевые слова. Датчики света, датчики температуры, нанокластеры, компенсированный кремний.
Keywords Light sensors, temperature sensors, nanoclusters, compensated silicon.


Mavzuning dolzarbligi: Hozirgi kunda elektronika sohasida yorug‘lik va harorat datchiklaridan keng foydalaniladi . Ularni qo‘llash sohalari toboro kengayib bormoqda. Sezgir materiallarni sezgirligini oshirish, olish texnalogiyasini samaradorligini oshirish, tannarxini kamaytirish kabi muammolar mavjud. Ushbu materiallar infraqizil nurlarga sezgirligi tufayli, turli elektronika qurilmalar yasashda qo’llaniladi. Infraqizil nurlarni sezuvchi yaratiladigan fotopriyo‘mniklardan masofadan boshqarish qurilmalarida, tibbiyotda haroratni o‘lchash va kasallikni aniqlovchi tamograflarda, tungi ko‘rish qurilmalarida Quyosh energiyasining tarkibini o‘rganish va nazorat qilishda turli obyektlarni qo‘riqlashda hamda yong‘in xavfsizligini nazorat qilishda samarali foydalanish mumkin.
Tadqiqodning maqsadi: Kremniy asosida yaratilingan yorug’lik va harorat datchiklarining ishlash mexanizmi o‘rganish va ularni tadqiq qilish
Muammo: Yorug‘lik va haroratga sezgir materiallarni olishda asosiy e’tibor beriladigon masala, infraqizil nurlarga sezgirligini oshirish. Kichik quvvatdagi infraqizil nurlarni seza olishi, diffuziya jarayoniga bog‘liq. Bunda 1030÷1050 ºC harorat oralig‘ida bo‘lishi, kapsulani sovutish tezligi va Mn atomlarining konsentratsiyalariga ham bog‘liqdir.Ya’ni ayni shu haroratni, kapsulaning havoni qanchalik darajada so‘rib olinganligini, kapsulani sovutish tezligini aniq qiymatlarda bajarish muhim omil hisoblanadi. Datchiklarni ishlatishda turli muammolar va qo‘llash mumkin bo‘lgan va mumkin bo‘lmagan sohalar bo‘lib, ularni o‘rganish, tahlil qilish va amaliy yechim toppish zarur.
Muammoning yechimi: Nanoklaster sathlarida fotonlarni yutilishi hisobiga qancha ko‘p elektronlar ushlanib qolsa, shuncha ko‘p erkin kovaklar paydo bo‘ladi, ya’ni fotoo‘tkazuvchanlik shuncha oshadi, bu esa o‘z navbatida shuncha ko‘p fotonlarni hisoblashni ta’minlaydi. Hisoblagichlar kvant effektivligi koeffitsenti fotonlar energiyasi oshib borishi bilan uzluksiz va sakrab oshib boradi, bundan shuni taxmin qilish mumkinki, klasterlar energetik sathlari eksponensial qonun bo‘yicha bir maromda taqsimlamganligini ko‘rsatadi:
(1)
bu erda E₀=0,16 eV, N₀ – E₀ energiyali nanoklasterlar konsentratsiya, N – E energiyaga markazlar konsentratsiyasi, ~2.
Olingan tajribalar natijalari marganes atomlarining ko‘p zaryadli nanoklasterlari mavjud kremniyni 3 mkm gacha bo‘lgan spektr sohalarida ish yurituvchi quyosh elementlarini yaratish uchun qo‘llash mumkinligini ko‘rsatadi. Bunday fotoelementlar etarli darajada yuqori foydali ish koeffitsientlariga (FIK)ga ega bo‘ladilar, chunki ular zaryad tashuvchilarning anomal katta yashash vaqtlariga ega bo‘ladilar, yana ular quyosh nurlanishining 44%ini tashkil etuvchi IQ diapazonida ishlaydilar.
Shuni ta’kidlash lozimki, tushayotgan fotonlarning energiyalari oshib borishi bilan kovaklar konsentratsiyasi oshib boradi, ya’ni IQ nur yoritilishining intensivligi o‘zgarmagan paytda fotonlar energiyasi va fotoqo‘zg‘atilgan kovaklar konsentratsiyasi o‘rtasida ma’lum bir qonuniyat mavjuddir. Tadqiqotlar natijalarining ko‘rsatishicha bu paytda fotonlar energiyasini h=0,05 eV aniqlik bilan farqlash mumkin (1-rasm ), ya’ni bunday hisoblagichlar fotonlarni h=0,16÷0,8 eV intervalda qayd qilishi va farqlashi mumkin bo‘ladi.


1-rasm. Bir xil intensivlikda fototok nisbiy o‘zgarishining foton energiyasiga bog‘liqligi.


2-rasm. IQ datchikning tashqi quvvat manbaiga ulanishi prinsipial sxemasi

3-rasm. Har xil energiyali solishtirma qarshiligi =10⁴ Оm·sm ga teng bo‘lgan marganes atomlari bilan legirlangan monokristall kremniy asosidagi foton o‘lchagichidagi fototokning vaqtga nisbati. U=6 В, Т=300 К.

4- rasm. Marganes atomlari nanoklasterli kremniy asosidagi foton hisoblagichining to‘lqin uzunligining kvant samaradorligiga nisbati. Solishtirma qarshiligi =10³ Ом·см Si namunalari uchun to‘lqin uzunligi 13 мкм sohasidagi infraqizil nurlanishida foton o’lchagichning kvant samaradorligi qiymatlari
IQ datchiklari yuzasi S=0,05 sm² va qalinligi d=0,1 sm – 1 ga teng bo’lgan marganes atomlari bilan ligerlangan KDB-3 markali monokristal kremniy asosida tayorlangan (2-rasm). 2 va 3 yonlariga tok o’tkazuvchi elektr chiqishlar payvandlangan. Tashqi ta‘sirdan himoyalash uchun kremniy plastinalari shisha tuynukli – 5 germetik metal korpus ichiga joylashtirilgan – 4 (3-rasm). Energiyani hisoblash uchun va IQ nurlanishning to’lqin uzunligini aniqlash uchun metal korpusga – 4 joylashtirilgan IQ datchiki – 1 IQ fotonlar tushadigan obyektga o‘rnatiladi. Fotopriyomnikning chiqish kontakti -3 musbat qutbiga -7 mikroampermatr ulanadi va chiqish kontakti -2 esa manfiy qutbdagi -8 quvvat manbaasiga ulanadi U=6 V, tok mikroampermetr ko’rsatkichlaridan aniqlanadi. Graduirovkalangan ma’lumotlardan energiya va to’lqin uzunligi aniqlanadi (4-rasm), shuningdek tushayotgan fotonlar soni hisoblanadi (3.10-rasm).
Qo’llanish sohasi: qurilma o’lchash texnikasi qurilmalariga kiradi va infraqizil nurlanishli =1,53 мкм to’lqin uzunligidagi IQ datchiki, tibbiy diagnostika, kvant kriptografiyasi, kvant kogerent optik tomografiyasi va boshqa sohalarda ishlatish mumkin

Adabiyotlar

1. 
   M. K. BAXODIRXONOV, N. F. ZIKRILLAYEV, X. M. ILIYEV “Yarimo‘tkazgichlar fizikasi” Toshkent 2020
   
2. 
   Абдурахманов Б.А., Аюпов К.С., Бахадырханов М.К., Илиев Х.М., Бобонов Д.Т., Зикриллаев Н.Ф., Сапарниязова З.М., Тошев А. // Низкотемпературная диффузия примесей в кремнии. ДАН РУз. 2010. №4. С. 32-36.
   
3. 
   Bakhadyrkhanov M.K., Isamov S.B., Iliev Kh.M., and Kamalov Kh.U. Anomalously Long Lifetime of Holes in Silicon with Nanoclusters of Manganese Atoms// Semiconductors, 2015, Vol. 49, No. 10, pp. 1332–1334.