Qattiq jismli lazerlarning umumiy tavsiflari reja: krish yoqut lazer

Kirishmali yarim o‘tkazgichlar

Hattoki etarlicha toza bo‘lgan yarim o‘tkazgichlarda o‘zining xususiy energetik sathlarini hosil qiluvchi kirishma atomlari mavjuddir. Bu energetik sathlar, yarim o‘tkazgichning taqiqlangan sohasida valent sohasi shipi va o‘tkazuvchanlik sohasi tubidan har xil masofalarda joylashishi mumkin. Ayrim hollarda, yarim o‘tkazgichga kerakli elektrofizik xususiyatlarni berish uchun, ataylab, kirishma atomlarini kiritadilar. Kirishma atomlari energetik sathlarining asosiy turlarini ko‘rib chiqamiz.
Donor sathlar. Kremniy olmos tipidagi kristall panjaraga ega bo‘lgani uchun, bu
panjarada har bir atomning to‘rtta eng yaqin qo‘shnisi bor, ular bilan 4 ta valent elektronlari orqali kovalent bog‘lanishni hosil qiladi. Kremniy panjarasining tekislikdagi shartli ravishda ko‘rinishi tasvirlangan.

4-rasm. Donor kirishmali kremniyning kristall panjarasi
Faraz qilaylik, kremniy kristalida bir qism kremniy atomlari o‘rniga besh valentli mishyak atomlari joylashtirilgan bo‘lsin. 4 ta qo‘shni atomlar bilan kovalent bog‘lanishni o‘rnatish uchun mishyak atomi 4 ta valent elektronlarini sarflaydi, beshinchi elektron bu bog‘lanishlarni o‘rnatishda qatnashmaydi. Mishyak atomi, dielektrik singdiruvchanligi e= 12 bo‘lgan kremniy kristall panjarasi muhitida bo‘lgani uchun, 5–elektron mish’yak atomi yadrosi bilan 12 marta susaygan bog‘lanishda bo‘ladi va mish’yak atomi maydonida o‘z harakatini davom ettiradi.

5-rasm. YArim o‘tkazgichda donor kirishma atomlarining energetik sathi
Maydonning susayganligi sababli, 5 –elektron orbitasining radiusi 12 marotaba ortadi, uning mish’yak atomi bilan bog‘lanish energiyasi e² = 144 marta kamayib, e_d – 0,01 eV qiymat atrofida bo‘ladi. Elektronga bunday energiyani uzatganda u mish’yak atomidan uzilib, kremniy panjarasida erkin harakat qilish imkoniga ega bo‘ladi, shunday qilib o‘tkazuvchanlik elektroniga aylanadi. “Sohalar” nazariyasi tili bilan bu jarayonni shunday tasavvur qilish mumkin: Valent va o‘tkazuvchanlik sohalari orasidagi taqiqlangan sohada mish’yak atomi beshinchi elektronining energetik sathi paydo bo‘ladi. Bu energetik sath o‘tkazuvchanlik sohasi tubining yaqinida e_d» 0,01 eV energetik masofada joylashadi. Bunday energetik sathlarda joylashgan elektronlarga e_d – energiya uzatilsa, ular o‘tkazuvchanlik sohasiga o‘tib, o‘tkazuvchanlikda qatnashadilar, hosil bo‘lgan musbat zaryadlar qo‘zg‘olmas mish’yak atomlarida joylashgan bo‘lib, elektr o‘tkazuvchanlikda qatnashmaydilar. O‘tkazuvchanlik sohasida elektronlarni hosil qiluvchi kirishmalar donorlar deb ataladi, ularning energetik sathlari donor sathlar deb ataladi.

6-rasm. YArim o‘tkazgichda donor atomlarining ionlashishi
Donor kirishmalarga ega bo‘lgan yarimo‘tkazgichlar, elektron yarimo‘tkazgichlar yoki n – tipdagi yarimo‘tkazgichlar deb ataladi.