O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi m. M. Nishonova elektronikaning fizik asoslari o‘quv qo

2.9. Rekombinatsiya tezligi. Zonalararo rekombinatsiya

Tashqi energetik ta’sir natijasida yarim o‘tkazgichlarda elektron teshik jufti, harakatchan elektron va musbat ion harakatchan teshik va manfiy ion generatsiyalanishi mumkin. Lekin tashqi ta’sir davom etib turishiga qaramay, zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi cheksiz o‘sa olmaydi. Yarim o‘tkazgichlardagi zaryad tashuvchilar berilgan sharoitda, ma’lum yashash davriga ega bo‘lib, shu vaqt o‘tgandan so‘ngra ular ionlar ustiga tushib qoladi. O‘tkazuvchanlik zonasidagi elektronlar o‘zlarining ortiqcha energiyasini kristall panjaraga issiqlik sifatida berib, yoki yorug‘lik sifatida chiqarib, valentlik zonasidagi teshiklar, yoki donor ionlari ustiga tushib qoladi. Akseptor ionidagi ortiqcha elek­tron valentlik zonasidagi teshik ustiga tushib qolishi mumkin. Natijada harakatchan elektron bilan harakatchan teshik yo‘qoladi. Bunday protsesslar generatsiya protsesslariga qarama-qarshi bo‘lib, zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining kamayishiga olib keladi. Odatda, zaryad tashuvchilarning yo‘qolish protsesslari rekombinatsiya deb yuritiladi.
Zaryad tashuvchilarning rekombinatsiyalanish jarayoni quyidagichadir: elektron o‘tkazuvchanlik zonasidan valent zonaga o‘tib, kovak bilan qo‘shiladi — oqibatda elektron- kovak jufti yo‘q bo‘ladi. Rekombinatsiyalanish tezligi nomuvozanatiy zaryad tashuvchilar konsentratsiyasiga bog’liq va bu jarayon konsentratsiyani kamaytirishga yo‘nalgan.
Rekombinasiya mexanizmlari ikki turli belgi bo‘yicha — rekombinatsiya jarayonida energiyaning qanday shaklda ajralishi bo‘yicha va rekombinasiya aktiga olib keluvchi elektron o‘tishlar turlari buyicha guruhlanadi. Elektron o‘tishlar turlari bo‘yicha rekombinatsiya mexanizmlari uch xil bo‘ladi:
1. Zonalararo rekombinastiya.
2. Mahalliy (lokal) markazlar (holatlar) orqali rekombinatsiya.
3. Sirtiy rekombinatsiya.
Zonalararo rekombinatsiya jarayonida elektron o‘tkazuvchanlik zonasidan bevosita valent zonaga o‘tadi, bunda u taqiqlangan zona kengligicha, yoki undan ortiqroq, energiyani qandaydir tarzda uzatadi.
Mahalliy (lokal) markazlar orqali kechadigan rekombinatsiyada elektron kovak bilan qo‘shilishidan oldin taqiqlangan zonadagi qandaydir mahalliy markaz tomonidan tutib olinadi, keyin u valent zonaga o‘tib kovak bilan rekombinatsiyalashadi. Rekombinatsiya hodisasida ishtirok etadigan mahalliy markazlar rekombinatsiya markazlari deb ataladi. Kirishmaviy holatlar, panjaraning o‘z nuqtaviy nuqsonlari, dislokatsiyalari va boshqalar ana shunday rekombinatsiya markazlari bo‘ladi.
Rekombinatsiya markazlari ishtirokida sodir bo‘ladigan barcha rekombinatsiya jarayonlari bilan bir vaqtda o‘sha markazlar tutib olgan zaryad tashuvchilarning (issiqlik harakati tufayli) yana tegishli ruxsat etilgan zonaga o‘tishi jarayoni (termik generatsiyalash jarayoni) ham yuz berib turadi. Agar mahalliy markaz tutib olgan zaryad tashuvchi boshqa ishorali zaryad tashuvchi bilan rekombinatsiyalashmasa va ma'lum vaqtdan so‘ng yana tegishli ruxsat etilgan zonaga (issiqlik harakati hisobiga) o‘tib olsa, bunday markazni yopishish markazi yoki tuzoq deyiladi. Bunda, shu markazdan zaryad tashuvchini termik generatsiyalash ehtimolligi, uning rekombinatsiyalanish ehtimolligidan katta bo‘ladi. Sayoz energiya satxlariga ega bo‘lgan mahalliy markazlar ko‘pincha yopishish markazlari vazifasini bajaradi, chunki, ular yuqoridagi shartni qanoatlantiradi. Ammo, kichik rekombinatsion kesimga ega bo‘lgan chuqur satxlar ham yopishish markazlari bo‘la oladi.
Markaz tutib olgan zaryad tashuvchining issiqlik harakati tufayli ruxsat etilgan zonaga o‘tish ehtimolligi, rekombinatsiyalanish ehtimolligiga teng bo‘lgan va satxlar elektronlar va kovaklar uchun demarkatsion satxlar deyiladi. demarkatsion satxdan yuqorida va dan pastda joylashadigan barcha satxlar, mos ravishda, elektronlar va kovaklar uchun yopishish satxlari vazifasini, va orasidagi satxlar esa ko‘pincha rekombinatsion satxlar vazifasini o‘taydi. Bu bo‘linish nisbiydir, chunki, chuqur satxlar mavjud bo‘lganida rekombinatsiya sayoz satxlar orqali boradi, ammo, uning tezligi kichik, zaryad tashuvchilarning yashash vaqti katta bo‘ladi.
Rekombinatsion satxlar bilan bir qatorda yopishish satxlarining mavjud bo‘lishi zaryad tashuvchilar o‘rtacha yashash vaqtini oshiradi.
Rekombinatsiya jarayonida energiya qanday turda ajralishiga qarab rekombinatsiya mexanizmlari ikki asosiy turga bo‘linadi:
a) nurlanishli rekombinatsiya;
b) nurlanishsiz rekombinatsiya.
Birinchi holda, rekombinatsiyada ajraladigan energiya yorug‘lik kvantlari (fotonlar) ko‘rinishida nurlanib ketadi. Ikkinchi holda esa, rekombinatsiyalanayotgan zaryad tashuvchilarning ortiqcha energiyasi panjaraga (uyg‘otilgan fononlar ko‘rinishida), yoki biror uchinchi zarraga (elektronga yoki kovakka) uzatilishi mumkin. Shunga muvofiq ravishda nurlanishsiz rekombinatsiyaning:
a) fononlar ishtirokidagi rekombinatsiya,
b) zarbdan rekombinatsiyalanish degan turlari mavjud.
Hajmiy rekombinasiya bilan bir qatorda s i r t i y (namuna satxlarida kechadigan) rekombinatsiya ham mavjuddir. Yarim o‘tkazgichlarda tez va sekin sirtiy holatlar bo‘lishi ma'lum. Tez sirtiy holatlar deb yarim o‘tkazgichning sirtida taqiqlangan zonada joylashgan va erkin elektronlar hajmda kovaklarni ushlab oladigan satxlarni aytiladi. Bu satxlarning qayta zaryadlanishi — relaksatsiya vaqti nisbatan kichik bo‘ladi. Sekin sirtiy uolatlar deb dielektrikning yupqa qatlamida joylashgan va o‘tkazuvchanlikning sekin relaksatsiyasiga sababchi bo‘ladigan erkin elektronlar va kovaklarni tutib oladigan satxlarni aytiladi.
O‘tkazuvchanlik zonasi tubiga va valent zona shipiga yaqin joylashgan tez sirtiy holatlar (markazlar) yopishish markazlari bo‘ladi, taqiqlangan zona o‘rtarog’idagilari esa rekombinatsiya markazlari bo‘ladi. Ana shu markazlar orqali yuz beradigan rekombinatsiya sirtiy rekombinatsiya deb ataladi.