O‘zbekiston respublikasi o‘zbekiston oliy ta’lim, fan va innovatsiyalar vazitligi farg‘ona davlat universireti fizika-matematika fakul’teti

II-BOB. O‘TA YUPQA GAZ RAZRYADI YACHEYKASIDAGI ELEKTROFIZIK JARAYONLAR.

2.1. Арсенид галлийлардан иборат яримўтказгичли электродларга эга газ разряди ячейкасида автоэлектрон эмиссия.
Газ разрядли ячейкадан ўтадиган токнинг хосил бўлиш механизми, платина билан легирланган кремний электродига эга газ разрядли ячейкадаги фотоэлектрик эффект ва инфрақизил диапазон учун олтингугурт билан легирланган кремний яримўтказгич электродга эга юқори сезгирликни таминлайдиган яримўтказгичли фотографик ионизацион камерани яратиш принципларига бағишланган тадқиқотлар натижалари келтирилган. Чет эл ва мамлакатимизда чоп этилган материаллар тахлили шуни кўрсатадики, шу вақтгача газ разряди ячейкасида электр токининг хосил бўлиши ва ўтишининг физик моҳияти очилмаган, шу билан бирга фотографик камеранинг термоэлектр совутгич температурада ишлаб, инфрақизил нур фотографиясини таъминлайдиган аналоги яратилмаган. Ушбу бобда келтирилган тадқиқот натижалари юқоридаги муаммони қисман хал этади. Охирги вақтларда яримўтказгичли ясси электродга эга газ разрядли ячейка, фотоэлектроника соҳасининг қайд этиладиган оптик ва инфрақизил нурларида ҳамда тўлқин узунликнинг узоқ инфрақизил соҳасида объектлар иссиқлик майдонининг тасвирини хосил қилиш борасида ўзининг кенг тадбиқига эга бўлмоқда. Яримўтказгичли фотографик ионизацион камеранинг газ разрядли ячейкаси қалинлигини камайиб боришида, электр токининг фазовий барқарорлиги, газ босимининг кичик диапазони бўйлаб кучланиш тушувининг йўл қўйилган қийматларида сезиларли кенгайди. 1 Торр босим ва 273 К температура шароитида электронларнинг эркин чопиш йўли, атом ва молекулалар билан 10^-15 -10^-16 см² кўндаланг кесимли юзада эластик тўқнашув бўлганда 2800-280 микрометрга тенг бўлади, ионлар учун эса бу кўрсатгич янада кичик. Ўта юпқа қалинликка эга газ рязрядли ячейкада электронларнинг ҳаракати давомида зарбий ионизация эҳтимоллиги ортади, зарядларнинг оралиқдаги узатилиши эса эффективроқ бўлади. Бошқа томондан таббий ёндошиш мумкинки, кучли электр майдонида газдаги токнинг хосил бўлишида асосий ролни фотоэлектроддан бўладиган автоэлектрон эмиссия ўйнайди. Бунда заряд ташувчиларнинг гирдобли кўпайишини таминлаб берадиган бошланғич зарядлар концентрацияси ортиб боради. Юпқа газ оралиғидаги электр тешилиш механизмини ва зарбий ионизация бартараф этиладиган, бошқача айтганда, етарли даражадаги юқори вакуум бўлганда, автоэлектрон эмиссиянинг ролини аниқлаш учун ионизацион тизимнинг газ разрядли ячейкасида тажриба ўтказилди. Ушбу мақсадда GaAs фотоэлектродли ячейка 10^-5 Торр босимгача гази сўриб олинган, полистиролдан ясалган миниатюр камерага жойланди ва ВАХ ўрганилди. Яримўтказгичли фотоэлектрод ёритилганда графикнинг қиялиги (ўрганилган параметрлар чегарасида) ўзгармай қолди, амммо ток қиймати ёритилганликка боғлиқ холда ортиб борди, яъни автоэлектрон эмиссия токи яримўтказгичнинг қаршилигига боғлиқ бўлиб, уни ёритилганлик орқали бошқариш мумкин. Автоэмиссия токининг зичлиги анча юқори. U = 1 кВ кучланиш ва фотоэлектрод билан шиша пластинка (сирти SnO₂ билан қопланган) оралиғи 10 мкм бўлганда автоэлектрон эмиссия токи 2,5×10^-7 А/см² қийматга эга бўлди. Разрядли оралиқнинг айланадан иборат қирғоқлари келтириб чиқарадиган «чегаравий эффект» махсус ўрганилди. Бу мақсадда, ўтаётган ток майдон юзасини чегаралайдиган диэлектрик қатламдаги тирқиш r радиусининг эмиссия токига боғлиқлиги ўрганилди. Ушбу тажрибадан кутиш мумкин эдики, хар қандай сабабда ток тирқиш сирти (периметри) бўйлаб ўтаётган бўлса, тирқиш диаметри орттирилганда ток қиймати тирқиш радиусига чизиқли боғланишда ортган бўлар (чегаравий эффект) эди. Агар ток бир текисда тирқиш юзаси бўйлаб оқаётган бўлса, ток қиймати радиус квадратига боғлиқ бўлади. Тажриба натижаси 11-расмда lg(lg(r)) масштаб билан келтирилган, кўриниб турибдики, кучланишнинг иккита ҳар хил қиймати учун олинган графикнинг қиялиги квадрат боғлиқлик қонунига мос келади. Бу натижа разряд токининг тирқишни кўндаланг кесим юзаси бўйлаб оқишини ва чегаравий эффектнинг мутлоқ йўқлигини кўрсатади.
Ушбу ва бошқа олинган натижаларга таяниб, термоэлектрик совутгич температурасидан суюқ гелий температурасигача интервалда ишлай оладиган яримўтказгичли фотографик ионизацион камерани яратишга муваффақ бўлинди. Ушбу яримўтказгичли фотографик ионизацион камеранинг ташқи кўриниши 12-расмда, унинг конструкциявий тузилиши эса 13-расмда келтирилган. Расмда қуйидаги белгилашлар амалга оширилган: 1 – яримўтказгичли фотоқабулқилгич, 2 – газ разрядли тирқиш, 3 – ток ўтказадиган шаффоф электрод, 4 – волокнали оптик элемент, 5 – газ тўлдириладиган камера, 6 – газ тўлдириладиган камеранинг кириш дарчаси, 7 – газ тўлдириладиган камеранинг чиқиш дарчаси, 8 – газ сўриб олинадиган ва газ қамайдиган кран, 9 – Дьюар идиш, 10 – ичи бўш совутгич, 11 – ичи бўш совутгичнинг вакуумли қопламаси, 12 – Дьюар идишнинг вакуммли қисми, 13 – Дьюар идишдан газ сўриб оладиган кран, 14 – вакуумли қопламанинг кириш дарчаси, 15 – вакуумли қопламанинг қопқоғи.
Яратилан яримўтказгичли фотографик ионизацион камера бошқа шу синфга мансуб қурилмаларга қараганда юқори сезгирликни таъминлаб берди. Мисол учун, ушбу камерага жойлаштирилган платина билан легирланган кремний фотоқабулқилгичи 85÷95 К температура диапазонида кучайтириш бўлмаган холатда S = 1/(J·t) = (0,4-0,5)·10⁷ см²/Дж сезгирликни, электро-оптик ўзгартиргичли (ЭОЎ) кучайтиргич бўлганда эса (0,4-0,5)·10⁹ см²/Дж сезгирликни инфрақизил нур λ = 1.2÷4.2 мкм диапазони соҳасида таъминлаб берди, о лтингугурт билан легирланган кремний фотоқабулқилгичи эса 65÷75 К температура диапазонида кучайтириш бўлмаган холатда S = 1/(J·t) = 5·10⁸ см²/Дж сезгирликни инфрақизил нур λ = 2.4÷6.9 мкм диапазони соҳасида таъминлаб берди. Яратилган янги камерада (рис. 12) токнинг температурага боғлиқлиги ўрганилди, 14-расмда кўрсатилган температура диапазонида платина билан легирланган кремнийда ва 15-расмда кўрсатилган температура диапазонида олтингугурт билан легирланган кремнийда автоэлектрон эмиссия туфайли содир бўладиган фотоэлектрик гистерезис ҳодисаси ва унга боғлиқ бўлган янги фотографик эффект кузатилди. Шундай қилиб, газ оралиғининг электр тешилишини таъминлаб берадиган автоэлектрон эмиссиянинг роли ошкор этилди. Тажрибадан маълум бўлмоқдаки, фотоэлектрик гистерезис автоэлектрон эмиссия туфайли содир бўлади, бундаги электр токи эса фотоқабулқилгичга тушадиган ёруғлик жадаллигига боғлиқ.
Қуйида объектлардан қайтган ва ўтган нурларда уларнинг нуқсонларини электр кўриш учун газ разрядли ячейкани қўллаб, олиб борилган тадқиқотлар натижалари келтирилган.
Замонавий микроскопда кўриш усули ўта юқори даражадаги мукаммалликка ва молекулалар ўлчамидаги моддалар тузилишини ўрганишгача бўлган муамоларни хал қила олади. Фанлар ва унинг амалиётда анча катта ўлчамли объектларга тегишли муаммоларда, яъни оптикадан ренгенгача ва корпускуляр диапазонларда микроскопия усули шунчалик ривожланганки, ҳозирги даврда замонавий микроскопия усули еча олмайдиган бирор бир муаммони тассавур қилиб бўлмайди. Лекин, умумий характердаги битта масалани ажратиш мумкинки, бу ерда фундаментал чекланиш бор бўлиб, яъни ҳар қандай микроскопнинг дифракцион ажратиш чегараси бўлганлиги учун микроскопия усулидан фойдаланиб бўлмайди. Яхши маълумки, тадқиқ этилаётган объектнинг чизиқли ўлчамлари микроскопда қўлланилаётган нурнинг тўлқин узунлигидан катта бўлиши лозим. Бундай чекланиш электромагнит ва бошқа радиацион нурлар учун ҳам ўринли. Бизнингча, объектга таъсир этаётган электромагнит тўлқин тасвирни хосил қилиш учун инструмент бўла олмайди. Бошқача айтганда, оптик диапазондаги электромагнит тўлқин кузатиладиган объект моддаси билан ўзаро таъсирлашиш функциясига эга бўлиб, тасвирни шакиллантириш учун ярамайди. Табиий равишда тасвирни шакиллантириш функциясини бошқа таъсир этадиган факторга беришни амалга ошириш керак. Шундай қилиб, керакли янги тизим қуйидаги умумий схема бўйлаб бориши керак: қисқа тўлқин диапазонида таъсир этувчи майдон – ўзгартиргич – объект тасвири. Ушбу бобда олиб бориладиган ишнинг мақсади, қуйи частотали электромагнит тўлқин объект тасвирини хосил қилиб беришидир. Бунда шундай талаб, яъни шундай фазовий ажратиш сатхи керакки, объект қисмларининг чизиқли ўлчамларидан анча кичик бўлган қайд этиладиган тизим ўлчами бўлиши шарт, табиийки у таъсир этадиган электр майдон тўлқин узунлигидан анча кичик бўлади. Ушбу тадқиқот ишида асосий вариант сифатида ўрганиладиган объектнинг газ разряди ячейкасининг плазмаси билан туташтирилиши танланган. Чиқишда қайд этиладиган ионизацияланган нур чақнаши бўлиб, унинг спектрал диапазони 0.4 мкм (ҳаво)дан 0.6 мкм (гелий, неон)гача бўлади, яъни керакли ажратишни таъминлайдиган микрометр улушларида бўлади. Бу содда усул бўлиб, уа материалларнинг нуқсонларини ва улар сиртидаги ғадир-будирликларни, диэлектрик сингдирувчанлик фарқи асосида аниқлаб беради. 16-расмда электрик кўриш учун мўлжалланган қурилма схемаси келтирилган. Ўрганиладиган намуна (5) изоляцияловчи иккита қатлам орасига жойлаштирилган, улардан бири 10-30 мкм қалинликдаги слюда пластинка (7), иккинчиси эса фотопленка (2), эмульсияли қатлам (3) газ разрядли тирқишга туташади, тирқишнинг қалинлигини 10-50 мкмли слюдадан тайёрланган чегараловчи халқа (4) таъминлайди. 16-расмдаги конфигурацияда, ўрганиладиган объект «плазма контакти» ичида, яъни иккала томонида ҳам газ разряди бўлади. Табийки, бундай усулни ишонч билан контактсиз деб аташ мумкин. Аммо, у замонавий талабларга жавоб бермайди. Биринчидан, тасвирни кучайтириб бера олмайди, иккинчидан, компьютерда қайта тахрирлаш имкониятига эга эмас.
Ушбу камчиликларни бартараф қилиш ҳамда нуқсонлар ва бир жинсли бўлмаган қисмларни тасвирини хосил қилиш, шу билан бирга, амалиётга қўллаш мақсадида ўрганиладиган намуна жойлаштирилган газ разрядли ячейкага дастурий таъминланадиган «Видиоока» русумидаги AMJEON PRO UZB қурилмаси электрон-оптик ўзгартиргич орқали бириктирилди. Бу қурилмада электрик тасвир на фақат кучайтирилади, шу билан бирга компьютерда ҳам сақлаб қолинади. 17-расмда ушбу қурилманинг принципиал схемаси келтирилган. 18-расмда эса газ разрядли ячейка асосидаги электрик кўриниши юзага чиқарилган объектнинг сурати келтирилган. Электрик кўриниш усули, бизнингча, нуқсонлар ва бир жинсли бўлмаган намуна қисмларини ҳамда суюқ ва кристал моддалар сиртларининг тасвирини бўлакламасдан хосил қилишда келажаги порлоқ усул бўла олади.