X. K. Aripov, A. M. Abdullayev, N. B. Alim ova, X. X. Bustano V, ye. V. Obyedkov, sh. T. Toshm atov
Download 11.08 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Af,=f 0 /N.
|
0 1 n*- AlGaAs kanal metal 1 GaAs asos Gais kanal 13.12-rasm. G eteroo‘tishli maydoniy tranzistor tuzilishi (a) va zonalar diagrammasi (b). 361
Zatvor sifatida Shottki baryeridan foydalanilgan va geteroo‘tishli m aydoniy tranzistor tuzilishi 13.12a-rasmda, kanal ko‘ndalang kesi- midagi zonalar diagram m asi 13.12b-rasmda ko‘rsatilgan. Asos (3) sifatida odatda yarim izolatsiyalovchi galliy arsenidi qo‘llaniladi. Asos sirtiga legirlanm agan yuqori omli GaAs (2) qatlam o ‘stiriladi. Keyin o ‘tish hosil qilish uchun yuqori legirlangan keng zonali n+ AlGaAs qatlam (1) o ‘stiriladi. (1) qatlam qalinligi 5CH-60 nm ni tashkil etadi, shuning uchun u dielektriklik xususiyatini nam oyon etadi, chunki elektronlarning bir qismi zatvor m etaliga o ‘tadi, boshqa qismi esa kanalga o ‘tadi. Shunday qilib, bunday tuzilm ada kanal sohasi va legirlovchi kiritmali soha fazoviy ajratilgan va elektronlar harakat chanligi sezilarli oshadi. Tranzistorning ishlash prinsipi. Zatvorda kuchlanish bo‘lmagan holda stok toki
0) b o ‘lganda maksimal qiym atga ega bo‘ladi. Zatvordagi manfiy kuchlanish ortgan sayin potensial chuqurligi kam a yadi, u bilan birgalikda kanal o ‘tkazuvchanligi kamayadi. Zatvordagi kuchlanishning m a’lum qiym atida chuqur yo‘qoladi. Bu kanalning to ‘liq berkilishiga to ‘g ‘ri keladi. Zaryad tashuvchilar harakatchanligining ortishiga asoslangan tranzistorlar, harakatchanligi yuqori yoki N EM T (High Electron M obi lity Transistor) tranzistorlar nomini olgan. Amalda zaryad tashuvchilar harakatchanligi yuqoriligidan to‘liq foydalanib boTmaydi. K atta integral sxem alarda kanal uzunligi 1 m km dan kichik. Bunda bo‘ylama maydon kuchlanganligi shunchalik kattaki, drey f tezlik s nH to‘yinishga ega bo‘la- di. Bu elektronlar harakatchanligining kamayishini anglatadi va (13.8) ifodada tezlik ham da m aydon kuchlanganligi orasidagi proporsionallik buziladi. Shuning uchun m aydoniy tranzistorlar tikligini katta darajada oshirishni iloji y o ‘q. Shunga qaram asdan geterotuzilmali m aydoniy tranzistorlar sun’iy yo‘ldoshli aloqa tizimlarining kam shovqinli kuchay- tirgichlarida keng ishlatiladi, chunki shovqin koeffitsiyenti zatvor uzun- ligiga proporsional. H ozirgi zam onda bunday tranzistorlar asosida/ = 20 GGs chastotada shovqin koeffitsiyenti KSh < 1 dB, kuchaytirish koeffit- siyenti 12 dB bo‘lgan kuchaytirgichlar ishlab chiqilmoqda, chastota 60 GGsdan yuqori b o ‘lganda
dB,
KSh < 3 dB tashkil etadi. Axborotlarni qayta ishlash va uzatishning optik usullari rivoj- lanishi bilan optoelektron qurilm alar va tizim lam i ishlab chiqish m uhim kasb etmoqda. U lar uchun samaradorligi yuqori fotoqabulqilgichlar va lazerlar yaratilgan. Bundan keyin keng tarqalgan ko‘chkili fotodiodlar va geterotuzilm alar asosidagi nanoelektron lazerlar ko‘rib chiqiladi. 362
Optik tizimli aloqa (optoelektronika)ning elektron kompo- nentalarL Optik aloqa tizimlari uzatuvchi (UOM) va qabul qiluvchi (QQ OM ) optik modullarga ega. UOM elektr signallami optik signal- larga o ‘zgartirish uchun xizmat qiladi. UOM ning bosh elementi nurla- nuvchi m anba - nulanuvchi diod (ND) yoki yarim o‘tkazgich lazerdan iborat. ND va lazem ing bir - biridan nurlanish spektri kengligi bilan farqlanadi. N D larda AX. = 3(H50 nm ni, bir modali lazerlarda esa AX. = 0,1-H),4 nm ni tashkil etadi. QQOM optik toladan olingan optik signalni elektr signalga aylantirish uchun xizmat qiladi. QQOM ning bosh elem enti fotoqabulqilgich - fotodioddan (FD) iborat. FD lam ing bir qancha turlari mavjud. K o‘chkili FDlarda zaryad tashuvchilam ing ko‘chkisim on к о ‘pay ishi amalga oshadi va shu hisobiga sezgirligi yuzlarcha - m inglarcha marta oshadi. Shottki to ‘siqli FD lar tezkorligi yuqori boMadi. G eteroo‘tishga ega ko‘chkili FDlar boshqa turdagi FDIarga nisbatan yaxshiroq xususiyatlarga ega. Turli materiallardan tayyorlangan FDlar ishchi toMqin uzunligi turli qiym atlarga ega boMadi. Bu to‘lqinlarda ular samaradorligining maksimal qiym atiga erishiladi. O ptik aloqa tizimining tok uzatish koeffitsiyenti
muhim
param etrlardan hisoblanadi. U nurlatgich, fotoqabulqilgich va optik m uhitning spektral muvofiqlashtirilgani, optik muhitning (optik tola- ning) shaffofligi, kvant chiqishi va fotoqabulqilgichning ichki kuchaytirish koeffitsiyenti bilan aniqlanadi. Bitta nurlanish kvanti ta ’sirida hosil bo‘ladigan elektron - kovak juftliklar soni kvant chiqishni belgilaydi. A n’anaviy optik tolalarda uchta shaffoflik sohasi mavjud. Bu shaffoflik sohalarida tarqalayotgan nur yutilishi kam boMadi. Ularga 850, 1300, 1550 nm to ‘lqin uzunlikdagi sohalar kiradi. a) hv F в) X 13.13-rasm. Kremniyli KFD tuzilishi, ulanishi (a) va unda potensialning taqsimlanishi (в). 363
Ко ‘chkili fotodiodlar (KFD) optik tolali aloqa liniyalarida (OTAL) keng qoMlaniladi va ichki kuchaytirishga ega fotoqabulqilgichdan iborat, shuning uchun yuqori sezgirlikka ega boMadi. Qabul qilinadigan nur toMqin uzunligi kremniyli FDlar uchun X = 0,4-^-1,0 mkm, AmB birikm alar asosidagi fotoqabulqilgichlar uchun X = 1,0+1,7 mkm ni tashkil etadi. Shuning uchun X = 0,8+0,9 mkm toMqin uzunligida ishlovchi O TALda krem niyli KFDlar, X = 1,3+1,6 mkm li larda esa AmB v yarim o‘tkazgich birikm alar asosidagi KFD lar ishlatiladi. Kremniyli KFD tuzilishi, ulanishi va unda potensial taqsimlanishi 13.13a va в-rasmda k o ‘rsatilgan. KFD ko‘chki hosil qiluvchi katta teskari kuchlanishlarda ishlaydi. FDga tushayotgan fotonlar uning legirlanmagan, am alda erkin zaryad tashuvchilarga ega boMmagan
sohasida yutiladi. - qatlam qalinligi iloji boricha yupqa boMishi kerak. p
- soha taqiqlangan zonasi kengligidan katta energiyaga ega boMgan F fotonlar oqimi bilan yoritil- sin. Bunda fotonlar yarimoMkazgich / - qatlam da yutilgani hisobiga elektron - kovak juftliklar hosil boMadi. E lektr m aydon ta ’sirida ular ajratiladi va o ‘z elektrodlari tom on harakatlanib fototok hosil qiladi. YarimoMkazgich
qatlam qalinligi yetarli katta boMganda tushayotgan nur toMiq yutiladi, bu esa o ‘z navbatida kvant chiqishini oshiradi. T o ‘qnashib ionlashtirishni hosil qilish uchun / - qatlam orqasida elektr maydon kuchlanganligi yuqori (£ > 1 0 5 V/sm )
- qatlam hosil qilinadi. Bu qatlamda zaryad tashuvchilam ing ko‘chkili ko‘payishi sodir boMadi. FD tezkorligi taxm inan 0,3 ns boMganda ko‘paytirish koef fitsiyenti M lOOOni tashkil etish m umkin. Shuning uchun QQOM ko‘chkili ko‘payish shovqinlaridek sust optik signallam i aniqlash uchun qoMlaniladi. Shovqin ko‘chkisim on ko‘payish tasodifiy jarayonligi sababli hosil boMadi. Bu o ‘ziga xos ortiqcha shovqin qiymati ionlashtirish koeffitsiyentlarining nisbatiga
bogMiq boMadi. Ushbu koeffitsiyentlar birlik yoMda zaryad tashuvchilar yordamida hosil qilinadigan elektron - kovak juftliklam ing o ‘rtacha soni sifatida aniqla nadi. A gar
bo‘isa) tushayotgan nurlanish hisobiga hosil qilinayotgan har bir fotozaryad tashuvchiga ko‘paytirish sohasida uchta zaryad tashuvchi (birlamchi zaryad tashuvchi va ikkilamchi elektron va kovak) to‘g ‘ri keladi. Agar zarbdan ionlashtirish koeffitsiyentlarining biri kechib yuborsa boMadigan darajada kichik (masalan ap^>0) boMsa, ko‘chki shovqini sezilarli kichik boMadi. Demak, KFD qoMlansa 364
boMadigan darajadagi ko‘chkili shovqin hosil b o iish i uchun, elektron va kovaklam ing zarbdan ionlashtirish koefifitsiyentlari bir-biridan katta farq qilishi kerak. ToMqin uzunligining X = 0,8-H),9 mkm oraligMda ishlovchi K FD larda
ni tashkil etadi. Magistral OTALlarda 1,3 va 1, 55 mkmli optik «oyna»lardan foydalaniladi. Optik toladagi yo‘qotishlar
=1,3 mkm da taxm inan uch marta, X =1,55 mkm da esa - 8+MO marta kamayadi. Shuning uchun rentranslatsiyasiz o ‘ta uzoq uchastkalarda toMqin uzunligi X =1,55 mkm li nurlardan foydalaniladi. ToMqin uzunligi kattaroq sohaga oMish uchun taqiqlangan zonasi kremniyga nisbatan kattaroq materiallardan foydalaniladi. Bunday material boMib A mB v yarimoMkazgich birikm alar va ular asosidagi qattiq eritm alar xizm at qiladi. Bu yarimoMkazgichlaming к о ‘р1ап uchun a n / a P = l ,
shuning uchun ulam i shovqin jihatdan qoMlab boMmaydi. / - sohasi oMa panjara tuzilishiga ega geterooMishli KFDlarda / - soha kuchli elektr maydon ta ’sirida boMganda a j a P
nisbatni zam r qiym atlargacha koMarish imkoni tugMladi. 13.14-rasmda o ‘ta panjarali KFD
zonalar energetik diagrammasi va
tuzilishi keltirilgan. GeterooMishli KFDda kvant chiqishi
soha qalinligiga ju d a ham kritik bogMiq emas, chunki katta taqiqlangan zonaga ega boMgan material X =1,55 mkmli nurlam i yutmasdan ichkariga oMkazib yuboradi. a) b)
t -
sohariagi о ’ta panjara elektron hv kovak p* 6 V t4 ,v о 'ta panjara □ AlxGaI keng zonali soha I
13.14-rasm. 0 ‘ta panjarali KFD konstm ksiyasi (a) va zona diagrammasi (b). 365
K FD da o ‘ta panjara taxminan 50 ta o ‘zaro alm ashuvchi, qalinligi 45 nm ni tashkil etuvchi legirlanm agan GaAs va qalinligi 55 nmni tashkil etuvchi keng zonali AlxGaj.xAs yarim o‘tkazgichlardan iborat. GaAs/ AlxGai.xAs geterotuzilmada x ning mos m olyar qiym atlarida 0 ‘tkazuv- chanlik zonadagi uzilish Д^с=Ю,48 eV ni, valent zonadagisi esa A ^ r= 0 ,0 8 eV ni tashkil etsin. Chekkalarda joylashgan qatlam lam ing yuqori darajada legirlanganligi ulam i elektr o ‘tkazuvchan qatlamga aylantiradi. i - qatlam da elektr m aydon kuchlanganligi 105 V/sm dan katta qiym atga yetadi. Bunday m aydon ta ’sirida zaryad tashuvchilar zarb bilan ionlashtirishga yetarli energiya oladi. A gar ta’sir etuvchi nurlanish oqimi bo‘lmasa FDdan boshlang‘ich teskari tok oqadi, u tok qorong‘ulik toki deb ataladi. T o‘lqin uzunligi X =1,55 mkmli nurlanish (yorug‘lik) oqimi mavjud bo‘lganda / - qatlam ning nisbatan tor zonali qism ida (GaAs qatlamlarda) erkin elektron - kovak juftliklar hosil b o ia d i. Elektron tashqi elektr m aydon
ta ’sirida keng zonali yarim o‘tkazgichda tezlatiladi. Bundan keyin tor zonali GaAs qatlamga o ‘tib u o ‘z energiyasini Д 48 eV ga oshiradi. B u zarbdan ionlashishning bo‘sag‘aviy kuchlanishi shu qiym atga tushganiga ekvivalent. Zarbdan ionlashish koeffitsiyenti
bo‘sag‘aviy energiya kam aygan sari eksponensial ortgani sababli a„
ning elektronlar uchun effektiv qiym ati keskin ortadi. Navbatdagi AlxGai_xAs baryer qatlamda bo‘sag‘aviy kuchlanish AfVs qiym atga ortadi. Bunda a„ kamayadi. Ammo taqiqlangan energetik zonalarining farqi hisobiga «„ning o ‘rta- cha qiym ati o ‘ta panjaraning ikkita yonm a-yon qatlam ida sezilarli darajada ortadi.
sababli, xuddi shunday effekt «» kovaklar koeffit siyenti uchun sezilarli darajada kichik bo‘ladi. Shunday qilib, ko‘chkili ko‘payish jarayoni asosan elektronlar hisobiga am alga oshadi. K o‘chkili ko‘payish sohasi 25 baryer qatlam ga ega bo‘lgani uchun
bo‘ladi. Bu kichik signallam i yuqori darajada kuchaytirgan holda dioddagi shovqinlar darajasi kichik bo‘lishini ta ’minlaydi.
Lazer optik diapazondagi elektromagnit tebranishlam i kuchaytirish va generatsiyalash uchun xizm at qiluvchi kvant asbob. Uning ishlashi yarim o4tkazgichdagi elektronlar ichki energiyasini o ‘zgartirishga asoslanadi. Optik diapazondagi kvant asboblar inglizcha Light Am plification by Stim ulation Emission o f R adiation ga muvofiq, ya’ni m ajburiy nurlanish yordam ida numi kuchaytirish m a ’nosini anglatadi. N urlanish elektron-kovak juftliklar- 366
ning rekombinatsiyasi hisobiga yuz beradi, elektron energiya yo‘qotib uni elektromagnit nurlanish (foton) kvanti ko‘rinishda chiqaradi. Bunday rekombinatsiya
deb ataladi. Rekombi- natsiya o ‘z-o‘zidan boshqa nurlanishlar boMmagan holda amalga oshishi mumkin. Bunda hosil boMuvchi nurlanish spontan nurlanish deyiladi. Bunday nurlanish m a’nosi shunda-ki, foton oMkazuvchanlik elektroni bilan ta ’sirlashib, uni valent zonadagi bo‘sh sathga oMishga majburlaydi, bunday oMishda elektron o ‘zining ortiqcha energiyasini foton sifatida chiqaradi. M ajburiy nurlanish hisobiga hosil boMgan fotonlar nurlanish hosil qilgan fotonlam ing aynan nus’xasi boMib xuddi shunday chastota, o ‘sha harakat yo‘nalishiga, bir xil boshlangMch fazaga va bir xil qutblanishga ega. N atijada bitta kvant o ‘m iga ikkita kvantga ega boMinadi, ya’ni nur kuchayishi kuzatiladi. Bunday nurlanish
deb ataladi. Foton elektronning valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonaning bo‘sh holatiga o ‘tishi hisobiga yutilishi ham mumkin. Ikkala jarayon - yutilish va majburiy nurlanish jarayonlari ehtimolligi bir xil. Kristall valent zonasidagi elektronlar soni uning oMkazuvchanlik zonasidagi elektronlar soniga qaraganda ancha ko‘p boMgani sababli, yutilish aktlari soni nurlanish aktlari soniga qaraganda bir necha martaba ko‘p boMadi, y a’ni bunday yarimoMkazgich faqat nur yutadi. YarimoMkazgich num i kuchaytirish imkoniyaga ega boMishi uchun ikkita asosiy shart bajarilishi zam r. Birinchidan, yarimoMkazgichda
erishish, y a’ni oMkazuvchanlik zonada valent zonaga nisbatan ko‘proq elektronlar boMishiga erishish lozim. B u holda nurlanish aktlari soni yutilish aktlariga nisbatan ko‘proq boMadi
va yarimoMkazgich numi kuchaytiradi. Ikkinchidan, yarimoMkazgichda shunday sharoit hosil qilish kerak-ki, fotonlar faqat majburiy oMishlarda hosil boMsin. Buning uchun majburiy nurlanish aktlari sodir boMadigan aktiv muhitni optik rezonatorga yoki qaytarish koeffitsiyenti yetarli katta ko‘zgular tizimiga joylashtirish zamr. Shunda aktiv sohada yuzaga keluvchi birlamchi spontan foton harakati davom ida o ‘ziga o‘xshash foton chiqaradi. Demak, m odda hajm ida 2 ta foton boMadi, keyin 4 ta va h.k. Rezonator ko‘zgulariga yetib borgan deyarli har bir foton qaytadi va yana aktiv m odda hajm iga kiradi, u yerda yangi fotonlar hosil boMishida qatnashadi. Rezonator ichida lazer nurlanish zichligi rezonator hajmidan tashqariga chiqayotgan fotonlar soni rezonator ichida majburiy oMishlar 367
hisobiga yuzaga kelayotgan fotonlar soniga tenglashm aguncha ortib boraveradi. Shundagina turg‘un generatsiya rejimi yuzaga keladi. Injeksiya nurlanish hosil qilishning eng m uhim usuli.
o ‘tish to‘g ‘ri siljitilganda noasosiy zaryad tashuvchilam ing o ‘tish orqali injeksiyasi effektiv nurlanuvchi rekombinatsiyaga olib keladi, chunki bu holda elektr energiya bevosita fotonlar energiyasiga o ‘zgartiriladi. Gom o
p-n o ‘tishlarda hosil qilingan birinchi injeksion lazerlar generatsiyasi va ekspluatatsiya (foydalanish) param etrlari nisbatan past edi - 20-И00 kA/sm2 gacha katta bo‘sag‘aviy tok, xizm at qilish davri qisqa va kichik FIK. Bu lazer generatsiyalash jarayonining kvant sam aradorligi pastligi va katta optik yo‘qotishlar bilan bog‘liq edi. Optik yo‘qotishlar lazem ing aktiv sohasida erkin zaryad tashuvchilar va nuqsonlar tom onidan num ing yutilishi bilan bog‘liq edi. G ap shunda-ki, gom oo‘tishlarda invers toMdirilish yuqori legirlangandagina amalga oshirilardi, natijada m uvozanat holatda
zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi katta bo‘lar va aktiv sohada kristall panjara nuqsonlari ortib ketardi. Bundan tashqari, aktiv sohada hosil bo‘layotgan nurlar aktiv boMmagan qo‘shni sohalarga tarqalardi. Lazer generatsiyalash jarayonining kvant sam aradorligining pastligi asosan ko‘p elektron- lam ing tezligi katta boMgani hisobiga aktiv sohadan sakrab oMishi va kovaklar bilan rekom binatsiyalashib ulgurmasligi bilan bogMiq edi. GeterooMishli tuzilm alardan foydalanish m asalani m utlaqo o ‘zgartiradi. 13.15-rasmda ikki tom onlam a geterotuzilm aga ega lazem ing tuzilishi, uning energetik diagrammasi va sindirish koMsat- kichining taqsim lanishi koMsatilgan.
b) Ж П - GaAs p-InGaAs p - GaAs -------
yarim shqffof k o ’zeular '.hv “h r ;; /1 , n- tb 13.15-rasm. Injeksion geterolazer: ikki tom onlam a geterotuzilm a (a), energetik diagram masi (b) va sindirish ko‘rsatikichi. 368
Ko‘zgular kristallni sindirib yoki o‘tish tekisligiga tik ikkita yon tom onlarini sayqallab hosil qilinadi. Qolgan ikki yon tomon sirti nur boshqa tom onlarga tarqalmasligi uchun notekis qilib tayyorlanadi. Bunday tuzilm a Fabri - Pero rezonatori deb ataladi. Aktiv qatlam sifatida taqiqlangan zonasi kengligi kichikroq va dielektrik doimiysi katta (katta sindirish ko'rsatkichga ega) materialdan foydalaniladi. Rekombinatsiya, nur hosil bo‘lish va invers egallanganlik sohalari o ‘zaro ustma-ust tushadi va o ‘rta qatlam da joylashadi. Lazer ishlashi quyidagicha amalga oshadi.
o ‘tish to ‘g ‘ri siljitilganda elektronlar
GaAs dan aktiv sohaga injeksiyalanadi va unda invers egallanganlikni hosil qiladi. Shundan keyin elektronlar oMkazuvchanlik zonadan valent zonaga o ‘tib elektrom agnit nurlanish kvantlarini hosil qiladi. Bu nurlar chastotasi
(13.11) ga teng. GeterooMishlar chegarasida potensial to ‘siqlar hisobiga passiv sohalarda rekombinatsion yo‘qotishlar boMmaydi, elektron - kovakli plazma o ‘rta qatlamning kvant chuqurlarida joylashadi. Generatsiya- lanayotgan nurlanish aktiv va passiv sohalar sindirish ko‘rsatkich- larinining farqi hisobiga asbobning aktiv sohasiga to‘pIanadi. Agar qatlam lam ing sindirish ko‘rsatiklari п 2 > п1>пз ,
shartni qanoatlantirsa, elektromagnit nurlanish qatlam lar chegaralariga parallel yo‘nalishlarda tarqaladi. Shu hisobiga passiv sohalarda nurlanish yo'qolishi e ’tiborga olm asa boMadigan darajada kichik boMadi. Aktiv qatlam qalinligi yetarli kichik boMganda u o‘zini kvant chuqurdek tutadi. Unda energetik spektr kvant chuqurlikli lazemi parametrlarini aktiv qatlam qalinligini o ‘zgartirish hisobiga o ‘zgartirib qayta sozlash mumkin. (13.15)ga muvofiq chuqur oMchamlari kamay tirilganda elektronlarning minimal energiyasi WCi va
WCi ortadi va unda (13.1 l)g a m uvofiq lazer nurlari chastotasi ham ortadi. Kvant chuqurligi kengligini tanlab OTALlar uchun X =1,6 mkmli lazer hosil qilamiz. Bundan tashqari, kvant chuqurliklarida spektri inffaqizil nurlardan havoranggacha o ‘zgaradigan NDlar yaratilgan. Ikki tom onlama geterotuzilm alarda qatlam qalinligi 0 ,K 0 ,2 mkm boMganda bo‘sag‘aviy tokning zichligi 1-^-3 kA/sm2 gacha kamaydi. 369
K vant chuqurlikli lazerlarda ushbu tokning m inim al chegaraviy qiymati 30 A/sm 2 atrofida bo‘ladi. B o‘sag‘aviy tokning sezilarli kam ayishiga volnovod effekti va aktiv sohaning kichik qalinligidan tashqari yana ikkita holat ko‘maklashadi. Birinchidan, aktiv sohaga injeksiyalangan va kovaklar bilan birinchi m artada ta ’sirlasha olm agan elektronlar potensial to ‘siqlardan qaytadi va aktiv sohaga kiradi. Bunda ulam ing kovaklar bilan rekombinatsiyalashish ehtim olligi yuqori boMadi. Ikkichidan, keng taqiqlangan zonaga ega em ittem ing elektronlari nisbatan tor taqiqlangan zonaga ega n - GaAs li aktiv sohasiga o ‘z potensial energiyasini yo‘qotib kiradi, xuddi «tog‘dan yum alab tushgandek». Ushbu hodisa superinjeksiya deb ataladi. Ikki tom onlam a geterooMishga ega lazem ing xona tem peraturasida uzluksiz ishlash rejimdagi xizm at qilish vaqti hozirgi vaqtda 10 m ing soatni tashkil etadi, unda elektr q u w atn in g 60 % yorugMik nuriga aylantiriladi. Fabri - Pero rezonatorli lazerda nur volnovod qatlam ning yon tomonidan, ya’ni gorizontal joylashgan rezonatorlar orqali chiqadi. Lazerda volnovod qatlam uyg‘otilgan nur volnovoddan b o ‘ylam a yo‘nalishda chiqquncha kuchaytiriladigan qatlam - kesim. Bunda aktiv soha qalinligi kichikligi hisobiga volnovod qatlam ga tik yo‘nalishda nur dastasi 800-^-600 mrad burchak ostida tarqaladi. Hozirgi vaqtda ingichka yo‘nalgan nurlanish hosil qilish uchun nur volnovod qatlam sirtiga yuritilgan difraksion panjara orqali chiqariladi. Bu holatda nur tarqoqligi aktiv soha qalinligi bilan emas, spektral chiziq yarim kengligi bilan aniqlanadi va bir necha o ‘n burchak minutni tashkil etadi. Difraksion panjarali injeksion geterolazem ing tuzilishi 13.16 - rasm da ko‘rsatilgan. P-G aAs aktiv soha n-GaAs +
om ik kontakt n - A lG a i- x A s n-GaAs asos om ik kontakt A -
13.16-rasm. Vertikal rezonatorli nanoelektron lazer tuzilishi. 370
Bunday lazer Fabri - Pero rezonatori davri yorug‘lik to iq in uzunligiga teng yoki unga karrali bo‘lgan difraksion panjara bilan hosil qilinadi. Bunday davrii panjara yassi ko‘zgu sifatida xizm at qiladi, chunki unda V u lf- B regg sharti bajarilgan nur modalari qaytadi. V u lf - B regg sharti kristall atom qatlamlari to ‘plamiga tushayotgan nurlam ing qaytishi natijasida hosil bo‘ladigan to‘lqinlar intensivligi holatini aniqlaydi. Difraksion panjaralar (bregg ko‘zgulari) asosga parallel joylashgan, rezonator o ‘qi va nur tarqalish yo‘nalishi yarim o‘tkazgich plastina tekisligiga nisbatan tik (vertikal). Shuning uchun bunday lazer
deb ataladi. Bu turdagi lazerlar VCSEL (Vertical - cavity surface - emitting laser) yoki VCL (Vertical - cavity laser) nomini olgan. 1 3 .3 . F u n k s i o n a l e l e k t r o n i k a Yarimo‘tkazgich IM Slar analog mikroelektron apparatlar hisoblash texnikasi tizimlari va qurilm alarining element bazasini tashkil etadi. M ikroelektronika rivojining asosiy tendensiyasi integratsiya darajasini M ur qonuniga muvofiq orttirishdan iborat. Integratsiya darajasini oshirishning bitta y o ‘li tranzistor tuzilm alam ing o‘lchamlarini kichik- lashtirishdan iborat. Bunda bipolar IM Slar komponentalari bir-biridan va yarim o‘tkazgich asosdan qo‘shimcha konstruktiv elem entlar yordamida elektr jihatdan izolatsiyalanadi. Kom ponentlar ichki ulanishlami metal lash y o ‘li bilan funksional sxemaga birlashtiriladi, chunki ulana- yotgan sohalar turli elektr o‘tkazuvchanlikka (elektron yoki kovakli) ega. Sxem a elementlari o ‘lchamlarining kichiklashishi (diod, tranzistor, rezistorlar) sxem a zichligini oshiradi va, natijada, signal o ‘tish vaqtini, y a’ni qurilm alar tezkorligini oshiradi. Integratsiya darajasining oshishi bilan kristallning o ‘zaro ulanishlar bilan band pogon sig ‘imga ega ulushi ortadi. A loqa liniyasi С pogon sig'im ga ega bo‘lsin. A gar aloqa liniyasi uzunligi / boMsa va u orqali
sekund davom ida amplitudasi U bo‘lgan impuls uzatilsa, har bir impuls bilan liniyaga
q u w a t kiritiladi. Impuls quvvatini oshirib mantiq elem ent qayta ulanish tezligini oshirishi mumkin. Sxemaga kiritilayotgan impuls q u w a t oshirilishi bilan unda ko‘proq ajralayotgan issiqlikni olib ketish ham kerak. Shuning uchun zamonaviy sxemotexnik elektronika qurilmalarida axborotlarni qayta ishlash tezligi sekundiga 109 -ь 1010 operatsiyadan oshmaydi. Bunday xarakteristikalar axborotlam ing katta massivlariga real vaqt m asshtabida ishlov berishga imkoniyat bermaydi (obrazlami 371
aniqlash, konstruksiyalam i sintez qilish, bilim lar bazasini boshqarish, sun’iy intellekt yaratish va h.k.). Elektronika rivojining tezkorlikni oshirishga yo‘naltirilgan alter- nativ yo‘llaridan biri an ’anaviy elem entlardan chetlashishdan va katta m assivga ega axborotlarga ishlov berishda axborot tashuvchi sifatida qattiq jism dagi dinamik nobirjinsliklardan foydalanishdan iborat. Bu bir jinslim asliklar dinamik deb atalishiga sabab shundaki, ular turli fizik hodisalar yordamida hosil
bo‘ladi, siljishi, shaklini, holatini o ‘zgartirishi, boshqa nobirjinsliklar bilan ta ’sirlashishi mumkin. IM Slarda kom ponentli tuzilishdan chetlashish va dinam ik bir jinslikm aslilardan foydalanishga asoslangan y o ‘nalish
nom iga ega. Funksional elektronika (FE) rivojlanishining boshlang‘ich bosqichida turibdi. FEning
ko‘p qurilmalari m ikroelektronikaning raqamli qurilm alari bilan ishlashga moslashgan. U lar birinchi navbatda yuqori tezkorlik v a 105 + 107 bit sigMmga ega xotira qurilmalaridir. Funksional elektronikaning eng istiqbolli b a’zi asboblari ishlash prinsiplarini ko‘rib chiqamiz.
(ZA A ) (13.17-rasm ) yupqa dielektrik qatlam D bilan qoplangan va yuzasiga 12 ta boshqaruvchi metall elektrodlar tizimi joylashtirilgan yarim o‘tkazgich kristalldan (masalan; p - turli) iborat. Shunday qilib 12 ta M D Y a - tizim hosil qilinadi. Tizim lar soni
elem entlar orasidagi masofaga, yozuvchi im puls davom iyligiga bogMiq boMadi
200 ga yetishi mumkin. H ar bir elektrod kengligi 10 ^ 12 mkm ni, ular orasidagi m asofa esa 2 - ^ - 4 mkm ni tashkil etishi mumkin. D 13.17-rasm. ZAA turkum idagi uch fazali siljituvchi registr tizim ida zaryad ko‘chishi. M DYa - tuzilmadagi fizik jarayonlar 11.6-paragrafda ko‘rib chiqilgan edi. Barcha elektrodlarga bo‘sag‘aviy kuchlanish
372
berilganda dielektrik bilan yarim o‘tkazgich orasida kam bag‘allashgan soha hosil b o ia d i, bu soha potensial chuqur deb ataladi. Alohida elektroddagi kuchlanish qiymati axborotni saqlash kuchlanishi U s a q
> U o gacha
o ‘zgartirilganda, ushbu
elektrod ostidagi kam bag‘allashgan soha
yarim oikazgichning boshqa
yuzalariga qaraganda “chuqurroq” b o ia d i. Potensial chuqurda elektronlami (paketini) to ‘plash mumkin. Demak, M DYa - tuzilm a m a iu m vaqtgacha potensial chuqurdagi zaryadga mos axborotni eslab qoluvchi elem ent sifatida xizm at qilishi mumkin. Elektron paket dinamik bir jinslikm aslikni tashkil etadi. Elektron paketni saqlash jarayonida m a iu m elektrod (zatvor) ostida term ogeneratsiya hisobiga qo‘shimcha elektronlar hosil b o iish i mumkin. Agar zaryad o ‘zgarishining ruxsat etilgan qiymati l% ni tashkil etsa, axborotni saqlash vaqti esa bir necha sekunddan oshmaydi. Shuning uchun ZAA
Birlamchi to ‘plangan va m a iu m aniq potensial chuqur bilan b o g iiq zaryadlar, yarim oikazgich sirti bo‘ylab potensial chuqur siljitilgan holda ko‘chirilishi mumkin. Buning uchun zatvorlardagi kuchlanishlar aniq ketm a-ketlikda o ‘zgar-tirilishi mumkin. Zaryadni m a iu m yo‘nalishda ko‘chirish uchun har bir elektrod uch fazali boshqarish tizimining
takt shinalaridan biriga ulanadi. Demak, ZAAning bir elementi uchta MDYa - tuzilmali yacheykadan iborat b o ia d i. Agar ZA A qo‘shni elektrodlariga berilgan kuchlanishlar qiymat jihatdan bir-biridan farq qilsa, qo‘shni potensial chuqurlar orasida elektr maydon hosil b o ia d i. Ushbu maydon yo‘nalishi shunday-ki, elektronlar kattaroq potensial ga ega sohaga dreyf harakat qiladi, ya’ni «sayozroq» potensial chuqurdan nisbatan «chuqurroq»qa k o ‘chadi. A gar zaryad birinchi elektrod ostida to ‘plangan b o isa-y u , uni ikkinchi elektrod ostiga siljitish zam r b o is a , unga kattaroq kuchlanish beriladi, bunda zaryad yuqoriroq kuchlanishli elektrod ostiga k o ‘chadi. Keyingi taktda yuqoriroq kuchlanish navbatdagi elektrodga beriladi va zaryad unga ko‘chadi. Zaryad ko‘chirishning uch taktli tizim ida 1,4,7,10 va shunga o ‘xshash elektrodlar
shinaga, 2,5,8,11 elektrodlar F 2 shinaga, 3,6,9,12 va shunga o ‘xshash elektrodlar esa F 3 shinaga ulanadi. Zaryadlam ing elektrodlararo sirkulatsiyasi barcha Z A A lar qo‘lla- nishlam ing asosi hisoblanadi. Zaryadlam i ko‘chirish imkoniyati ZAAlar asosida siljituvchi registrlar va xotira qurilm alar yaratish imkonini beradi. Registr deb ikkilik kod asosida berilgan ko‘p razryadli axborotni yozish, saqlash yoki siljitish uchun qoMlaniladigan qurilm aga aytiladi. 373
Signalning zaryad paketlarini bir necha usullar bilan, masalan, p - n o ‘tishdan zaryad tashuvchilam i metall elektrodlar ostiga injeksiyalash, M D Y a - turdagi tuzilm ada yuza bo‘ylab ko‘chkisim on teshilish yoki metall elektrodlar orasidagi aniq jo y lar orqali yorugMik kiritib elektron - kovak juftliklam i generatsiyalash bilan hosil qilish mumkin. N om uvozanat zaryad hosil qilish va uni /? - « ’ oMishlardan foydalangan holda ZAAdan chiqarish usuli 13.17-rasmda ko‘rsatilgan. Elektronlar paketini birinchi zatvor ostiga kiritish uchun w+- p oMishga to ‘g ‘ri siljitish beriladi. Paket zaryadi qiym ati kirish signali am plitudasi ortishi bilan
o ‘tish VAX iga m uvofiq eksponensial qonun bilan ortadi va uning uzluksizligiga bogMiq boMadi. Signal kiritishning ushbu usuli afzalligi - bir necha nanosekundni tashkil etuvchi tezkor ishlashidan iborat. Chiqishdagi
oMishga teskari siljitish berilgani uchun 11 zatvordan 12 zatvorga oMuvchi elektronlar elektr m aydon ta ’siriga uchraydi v a chiqish zanjirida tok im pulsi hosil qiladi. ZA A ning ikkita: axborot zaryadini saqlash va uzatish rejimlari mavjud. U shbu turdagi ZA A lar uchun axborotni saqlashning maksimal vaqti 100 m sek + 10 sekni tashkil etadi. Takom illashgan (yashirin kanal li va ikki fazali boshqaruvga ega ZAAlarda ham da
kremniy oksidiga purkalgan kremniy nitridi Si3N 4 li dielektrik qatlamli M NOYa - tuzilm alarda) yozib olingan axbortni saqlash vaqti bir necha o ‘n ming soatlam i tashkil etadi. ZA A larda yaratilgan xotira qurilm alar raqamli texnikada qoMlaniladi va katta (8 ^ 16 Kbit) sigMmga ega.
Zaryadli paket nafaqat injeksiya yoMi bilan, balki sirtni lokal yoritish yoMi bilan ham hosil qilinishi mumkin. Bu holda zaryad aloqali fotosezgir asbob (ZAFA) hosil boMadi. Yoritilganda mos zatvor ostida yoritilganlik
ga proporsional zaryad hosil boMadi. N atijada zatvorlar ostidagi zaiyadlar majmui tasvim i xarakterlaydi. Elektrodlar chiziq (satr) yoki m atritsa shaklida joylashadi. Elektrodlarga xos oMchamlar: uzunligi 5 mkm, kengligi 40 mkm. Elektrodlar orasidagi m asofa 1 2 mkm. M atritsa koMinishidagi ZA FA da elektrodlar soni 106 dan katta boMishi mumkin. Shuning uchun ZAA katta integral sxem adek qaralishi mumkin. Uch fazali boshqarish amalga oshirilganda ZA FA ning elem entar yacheykasi (piksel) bitta satm ing uchta qo‘shni elektrodiga 1,2,3 (4,5,6 va h.k.) ega boMishi shart. B unda yacheykaning har bir elektrodi uchta boshqa-boshqa takt shinalari (fazalari)
ga (13.17-rasmdagidek) ulanadi. Birinchi takt davom ida 2 (5,8,11 sh.o‘.) elektrodga m usbat 374
saqlash kuchlanishi Usaq >
U 0 (10 -5- 20 V) beriladi. N atijada ushbu elektrod ostida kam bag‘allashgan soha hosil bo‘ladi. Bu soha elektronlar uchun potensial chuqum i hosil qiladi. Sirt yoritilganda elektron - kovak juftliklar soni lokal yoritilganlik va yoritish vaqti bilan belgilanadi. Bunda elektronlar potensial chuqurlikda yig‘ilib, zaryadli paketni hosil qiladi. Paket yetarli vaqt (1 -MOO ms) saqlanishi mumkin. Ikkinchi takt davom ida 3 elektrodga o‘qish kuchlanishi U q - q
beriladi. 0 ‘qish kuchlanishi qiymati saqlash kuchlanishidan katta boMadi. N atijada elektronlar 3 elektrod ostidagi chuqurroq potensial chuqurlikka dreyf siljiydi. Uchinchi takt davom ida 3 elektroddagi kuchlanish qiymati saqlash kuchlanishi qiym atigacha kamayadi, 2 elektroddan esa potensial olinadi. Saqlash yoki o ‘qish kuchlanishi berilmagan elektrodlarga hamma vaqt katta boMmagan siljituvchi kuchlanish berib qo‘yiladi. Shu bilan zaryadli paketlar harakatining bir tom onlam a boMishiga erishiladi. Har bir satr oxirida 3.17-rasm dagidek chiquvchi elem ent mavjud. n - p oMish orqali chiquvchi zaryad paketlar R yuklam a rezistorida videoimpulslar ketma-ketligini ta ’minlaydi. Videoim pulslar amplitudasi turli sohalar yoritilganligiga proporsional boMadi. M atrisasifat ZAFAda butun kadr bir vaqtning o ‘zida hosil boMadi, chiziqlida esa ketma-ket ikkinchi koordinata bo‘yicha qo‘shim cha yoyish bilan hosil qilinadi. B unday tasvir signallami hosil qiluvchilardan foydalanish kichik oMchamli, kam energiya sarflovchi yarimoMkazgich uzatuvchi televizion kameralar, jum ladan, rangli televideniye uchun ham yaratish imkonini beradi. Piksellam ing maksimal formati pikselning minimal oMchami 3+5 mkmni tashkil etganda 4080x4080 m km ni tashkil etadi. Chastota 30 kadr/sek boMganda iste’mol etilayotgan q u w a t 0,03+0,1 mVt/pikselni tashkil etadi. ZA FA faqat tasvim i qabul qiluvchi funksiyasini bajarishini aytib oMish kerak. Televizion signal hosil qilish uchun boshqaruvchi sxemalar, har bir ustun chiqishida o ‘quvchi analog kuchaytirgichlar, analog - raqamli o‘zgartgich va qator boshqa bloklar boMishi zarur. Hozirgi zam onda ZA FA lam i takom illashtirishdan tashqari kristall hajm ida joylashgan boshqaruvchi sxem alarga va tasvirga ishlov beruvchi bir kristalli ZA FA lar ishlab chiqilayapti. Bir kristalli fotoqa- bulqiluvchi qurilm alam ing elem ent bazasi sifatida FD va komplementar M DYa - tranzistorlar asosida hosil qilingan aktiv fotosezgir elementlar (aktiv piksellar) m atrisasi xizm at qiladi. Shuning uchun 0 ‘KIS deb ataladi. KM DYa - fotodiodli qurilmaning asosiy afzalligi iste’mol 375
quvvatini kichikligi, foydalanuvchilam i qiziqtirgan «oynalam i» dastur- lash imkoniyati va o‘qish tezligining kattaligi bilan aniqlanadi. Asosiy kam chiliklari - shovqinlam ing yuqoriligi, fotosezgirligining kichikligi, aktiv elem ent o ‘lcham larining kattaligi, ZA FA larga qaraganda kichikroq ajratish xususiyatiga egaligi bilan belgilanadi. K M DY a - fotodiodli 0 ‘K ISlar yordam ida bir kristalli xonadonbop foto va videokameralar, avtom obillam i qo‘riqlash tizimlari, videotelefonlar hosil qilinadi. Shunday qilib ZA A lar universal tuzilm alar bo‘lib xizmat qiladi. ZA A lar asosida sig‘imi katta xotira qurilm alar, boshqariluvchi kechiktirish liniyalari, m oslashtirilgan va polosali filtrlar, hamda yuqorida aytib o ‘tilgan raqamli kam eralar ishlab chiqilgan.
Akustoelektron asboblam ing ishla shi elektr signalni ultratovush to ‘lqinlarga, uni tovush o‘tkazuvchi orqali tarqalishiga va keyinchalik chiqish elektr signalga o‘zgartirilishiga asoslanadi. Shunday qilib, bunday asboblarda kirish bilan chiqish orasida axborot tashuvchi bo‘lib ultratovush (akustik) signal deb ataluvchi dinam ik bir jinslim aslik xizmat qiladi. U 1013 Gs chastotali tebra- nishlardan iborat b o iib , qattiq jism da 1,5 + 5,5 km/s tovush tezligida tarqaladi. A kustik to ‘lqin tezligi elektrom agnit tebranishlar tarqalish tezligiga nisbatan 5 tartibga kichikligi k o ‘rinib turibdi. Shuning uchun ushbu xususiyatdan birinchi navbatda kichik oMchamli kechiktirish liniyalarini ishlab chiqishda foydalanildi. A kustoelektron asboblar m ikroelektronikada qoMlaniladigan usullar bilan hosil qilinishi va IM Slarga o ‘xshashligi bilan e’tiborga loyiq. Ultratovush toMqinlar pyezoaktiv m ateriallarda (pyezoelektrik- larda) hosil qilinishi mumkin. Shuning uchun ushbu sin f asboblar uchun ishchi m uhit sifatida pyezoeffekt ju d a yaqqol nam oyon boMadigan dielektrik va yarimoMkazgich kristallar xizm at qiladi.
deb m exanik kuchlanish natijasida pyezoelektrikning qutblanish hodisasiga aytiladi (13.18-a rasm). Q utblanish natijasida pyezoelektrik ning qaram a-qarshi tom onlarida pyezo - EY uK deb ataluvchi poten- siallar farqi hosil boMadi.
deb berilgan tashqi kuchlanish ta ’sirida jism ning geom etrik oMchamlari o ‘zgarishiga aytiladi (13.18-b rasm). Rasm da jism ning deform atsiyadan keyingi oMchamlari punktir chiziq bilan koMsatilgan. Kuchlanish berilgan joyda elektr maydon kuchlanganligi yo‘nali- shiga bogMiq holda pyezoelektrik siqiladi yoki kengayadi. Natijada, tovush oMkazuvchi deb ataladigan, kristall plastinada ko‘ndalang yoki bo‘ylam a akustik ultratovush chastotasi berilgan kuchlanish chastotasiga 376
teng boMadi. Pyezoelektrik m a’lum xususiy mexanik tebranishlar chastotasiga ega boMgani sababli, tashqi EYuK chastotasi bilan plastina xususiy tebranishlar chastotasi bir-biriga teng boMganda (rezonans hodisasi) plastinaning tebranishlari amplitudasi eng katta qiym atga ega boMadi. Akustoelektronika asboblarida chastotasi 1 10 GGS boMgan, kvars, litiy niobiti va tantalati ham da CdS, ZnS, ZnO, GaAs, InSb va boshqa yupqa yarimoMkazgich qatlam larda generatsiyalanadigan ultrato vush toMqinlar ishlatiladi. Ushbu diapazondagi hajmiy va sirt akustik toMqinlar (SAT) ishlatiladi. SATlarda ishlaydigan akustoelektron asboblar keng tarqalgan. U larga kechiktirish liniyalari, polosali filtrlar, rezonatorlar, turli datchiklar va shunga o ‘xshashlar kiradi. Bu asboblarda elektr signallam i akustik signalga va aksincha o ‘zgartirish maxsus o ‘zgartirgichlar yordamida am alga oshadi. SATlar o‘zgartgichlarining yetti turi mavjud boMib, am alda ikki metal elektrodlari sinfaz va qoziqsimon joylashgan turlari keng tarqalgan. SA Tlar asosidagi sodda akustoelektron asbob - sinfaz o ‘zgartgichli kechiktirish liniyalari tuzilishi 13.19-rasmda koMsatilgan. 13.19-rasm. Elektroakustik kechiktiruvchi liniyaning tuzilishi: yon tom ondan (a) va ostidan (b) ko‘rinishi. a) b) 13.18-rasm. T o‘gMi (a) va teskari (b) pyezoeffekt. b) 377 Sinfaz o ‘z-gartgich pyezoelektrik plastinaning astoydil sayqal- langan qarama-qarshi yuzalariga joylashtiriladigan ikkita elektroddan tashkil topadi. 0 ‘zgart-gichIar qalinligi 0,1 0,5 m km ni tashkil etuvchi yupqa metall parda ko‘rinishida bo‘ladi. Yuqorida joylashgan elektrod taroqsim on tuzilishga ega bo‘lib, fazoviy davri sirt to ‘lqin uzunligiga teng bo‘lishi kerak. Chapdagi sinfaz o ‘zgartgich kiruvchi elektr signal ta ’sirida kristallda sirt to‘lqinini uyg‘otadi (teskari pyezoeffekt hodisasi). Akustik to‘lqin uzunligi akustik tebranishlam ing tarqalish tezligi S^va elektr tebranishlar chastotasi / ga bog'liq: Л „ = ^ / / . T o ‘lqin uzatgichda bo‘ylam a garmonik akustik toMqin hosil qilindi deylik. Ushbu toMqin kristallda qalinligi taxminan toMqin uzunligiga teng boMgan sirtqi qatlam bo‘ylab bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga bosim ni o ‘zgartirib tarqaladi. B osim ning o ‘zgarishi kristallning defor- m atsiyalanishiga va qaram a-qarshi ishorali zaryadlar (pyezo - EYuK) hosil boMishiga olib keladi. Kristall siqilgan joylarda zaryadlar ishoralari bir xil taqsimlanadi, kristall cho‘zilgan joylarda esa zaryadlar taqsim lanishi teskarisiga o ‘zgaradi. Bu kristallda, jum ladan, chiqish sinfaz o ‘zgartgich elektrodlari orasida ham o‘zgaruvchan elektr m aydon hosil boMishiga olib keladi. N atijada chiqishdagi o ‘zgartgich (unga
yuklam a ulangan) akustik signalni elektr signalga aylantiradi (to‘g‘ri pyezoeffekt). Signal kechikish vaqti akustik toMqinning o ‘zgartgichlar orasidagi oMish vatqi bilan aniqlanadi. Bunday qurilm aning asosiy kam chiligi tovush oMkazgichda sochiladigan q u w a tn in g kattaligidadir. Gap shundaki, akustik toMqin kristalldagi erkin elektronlar bilan ta ’sirlashib, ulam i toMqin tarqalish y o ‘nalishida olib ketadi. B unda toMqin qo‘shim cha so ‘nadi. A gar kristallga zaryad tashuvchilam i toMqin tarqalish yo‘nalishida tezlik bilan dreyf harakat qildim vchi kuchlanish berilsa, zaryad tashuvchilar o ‘zlarining m a’lum energiyasini toMqinga uzatadi, natijada akustik toMqin kuchayadi. B unda akustik signallar kuchaytirgichi yoki aktiv ultratovushli kechiktirish liniyasi hosil boMadi. Qandaydir f
dan f 2 gacha chastotalar orasidagi tebranishlam i oMkazuvchi polosali filtrlar va keng polosali kechiktirish liniyalari hosil qilishda qarama-qarshi qoziqsim on o ‘zgartgichlar ishlatiladi (Q Q Q O ‘). Kirishdagi Q QQ O‘ning geom etrik oMchamlari va shakli elektr signalni akustik toMqinga aylantirish samaradorligini belgilaydi. H ar bir chastota uchun Q QQ O‘ning m a ’lum oMchamlardagina eng samarali 378
o ‘zgartirish hosil bo‘Iadi. Q QQ O‘ asosida hosil qilingan SAT filtrining tuzilishi 13.20-rasmda keltirilgan. Filtr pyezoelektrik asos 1 (masalan, litiy niobiti, pyezokvars, pyezokeramika) va unga fotolitografiya usullari bilan hosil qilingan ikkita Q QQ O‘ 2, 4 ham da ekranlovchi elektrod 3 dan tuzilgan. Kirishdagi Q Q Q O ‘ signal manbai bilan, chiqishdagisi esa elektr signal hosil qiluvchi yuklam a bilan ulangan.
13.20-rasm. Q Q Q O ‘li SATH filtr. Berilgan
chastota uchun taroq qadami / akustik to ‘lqin uzunligi A,ak bilan bir xil boMishi kerak. Q QQ O‘da filtm ing oMkazish polosasi qoziqlar soni iV bilan aniqlanadi
Q oziqlar soni N =2 boMganda filtr eng keng oMkazish polosasiga ega boMadi. Q oziqlar soni ortishi bilan filtm ing oMkazish polosasi kengligi torayadi. Akustoelektron filtm ing yuqori ishchi chastotasi fotolitografiyaning ajratish xususiyati bilan belgilanadi. QQQOMar elektrodlari kengligi Aot/ 4 g a teng qilib olinadi. Bunda 100 MGs chastotali SATH filtr elektrodlari 8 mkm ni tashkil etadi. SATH filtrlar ko‘p kanalli elektr aloqa va kosmik aloqa tizimlari filtrlari sifatida keng ishlatiladi. Ular televizion qabulqilgichlaming tasvir orqali chastota kuchaytirgich bloklarida LC - filtrlami almashtirm oqda. Hozirgi vaqtda tasvimi tashish chastotasi 38 va 38,9 M Gs ni tashkil etuvchi SATH televizion filtrlar seriyali ravishda ishlab chiqarilmoqda. 379
Zam onaviy SATH filtrlar A /= 0 ,0 5 - 50 % o ‘tkazish polosasiga ega, o ‘tkazish polosasidagi so‘nish 2 + 6 dB, selektivligi 100 dB gacha. Bunday filtrlar 900 M Gs gacha chastotalarda ishlaydi.
M agnitoelektron asboblarda ferro- m agnit m ateriallar ishlatiladi. U lar dom en tuzilishga ega, y a ’ni butun hajm i ko‘p sonli lokal sohalar - domenlardan tashkil topadi. Dom enlar to ‘yinguncha spontan m agnitlangan. U lar
va
silindrik shaklga ega b o iis h i mumkin. D om enning chiziqli o ich am lari m illim etm ing m inglarcha ulushidan o ‘nlarcha ulushiga teng. Dom enlar o ‘zaro
chegaradosh devorlar (B lox devorlari) bilan ajralib turadi. Bu devorlarda bitta dom en m agnitlanganlik vektoriga nisbatan asta o ‘zga- rishlari sodir b o ia d i. M agnitoelektronika asboblarida axborot signalini tashuvchi sifati da quyidagi dinamik biijinslim asliklam ing biridan foydalaniladi: 1) silindrik shakldagi domenlar; 2) chiziqli dom enlarda vertikal Blox chiziqlar (VBCh). Q o‘shni VBChlar orasidagi m asofa yetarli kichik, o ‘lchami 0,5 mkm bo‘lgan chiziqli domen devorida 100 bitgacha axborot saqlash mumkin; 3) ferromagnit m aterialni chastotasi kvant o ‘tishlar chastotasiga teng yorug‘lik bilan yoritilganda hosil boMuvchi rezonanslar va toMqinlar; 4) spin toMqinlari va boshqalam ing kvant tebranishlarini aks ettiruvchi kvazizarrachalar - magnonlar.
(SM D )lar asosidagi funkisonal elektronika asboblarining tuzilish va ishlash prinsipi bilan tanishamiz. Barcha magnitoelektron qurilm alarda dom enlar ishtirokidagi jarayonlar ishlatiladi, qurilm alam ing o ‘zi esa ikkilik sanoq tizim ida aks ettirilgan axborotni qayta ishlash va saqlash uchun ishlatiladi. SMD m a’lum sharoitda um um iy formulasi R F e 0 3 boMgan monokristall plas- tinalar yoki b a’zi ferritlam ing yupqa pardalarida hosil boMadi. Agar formuladagi R - yer ishqoriy elem ent boMsa, m odda
deb, agar ittriy boMsa
deb ataladi. Qalinligi h = 3-10"5 M 0"3 smli ortoferrit plastina yoki granat pardasi tashqi m agnit m aydon mavjud boMmagan holda magnitlanganlik vektorlari qaram a-qarshi yo‘nalgan chiziqli dom enlardan tuziladi. Keltirilgan qalinliklarda dom enlar m aterialning butun ko‘ndalang kesim ini egallaydi va turli shaklga ega boMadi. Yettita chiziqli dom enga ega parda (kristall)ning bir qismi 13.21a-rasmda ko‘rsatilgan. Parda sirtiga tik yo‘nalgan tashqi magnit m aydon
N TAS h
ta ’sir etganda maydon vektori y o ‘nalishi tashqi 380 maydonniki bilan bir xil domenlar kattalashadi, m aydon vektoriga tes kari yo‘nalgan dom enlar esa kichiklashadi va tashqi m agnit maydon- ning m a’lum qiym atida SM Dlarga aylanadi (13.21b-rasm). Tashqi mag nit m aydon ortgan sari dom enlar diametri ular yo‘qolib ketgunicha kam ayadi va parda bir tekis magnitlanadi, ya’ni bitta yaxlit domen hosil b o ‘lgandek bo‘ladi. a) b)
t a s h = 0 \ h T a s h > 0 13.21-rasm. Chiziqli (a) va silindrik (b) dom enlam ing tuzilishi. SMDIar diametri ferrit m aterialiga qarab 50 + 1 mkm boMadi. SM D lam ing turg‘un saqlanishi tashqi m agnit maydon borligi hisobiga am alga oshadi. SM Dlam ig borligi (yoki yo‘qligi) ikkilik sanoq tizimida aks ettirilgan axborotning saqlanishiga teng deb qaralishi mumkin. U shbu holat katta hajm ga ega xotira qurilm alam i hosil qilish uchun ishlatiladi, chunki ortoferrit kristallining 1 sm2 yuzasida chamasi 107 bit axborot saqlanishi mumkin. Boshqa tomondan yondoshilganda, agar kristallning ma’lum pozitsi- yalarida SMDIar generatsiyasi ta’minlansa, ular diskret siljitish axborotlarni yozish va 0 ‘qish hamda o‘chirish uchun ishlatilishi mumkin. Xotira qurilm asining m agnit ISlarida SMDIar tokli sim sirtmoq ko‘rinishidagi dom enlar generatori yordamida hosil qilinadi (13.22a- rasm). Tokli sirtmoq 1 asos 4 sirtida joylashgan asosiy ferrit parda 3 sirtidagi izolatsiyalovchi parda 2 ga purkash bilan hosil qilinadi. M ono kristall pardalar (ferritlar, granatlar) bug1 fazadan magnitlanmaydigan, masalan, gadoliniy - galliyli granat asosga kimyoviy oMkazish yo‘li bilan olinadi. SMD halqa orqali pardaning lokal sohasini qayta m agnitlash uchun yetarli amplitudasi yuzlarcha mAni tashkil etuvchi / tok impulsi oMkazilganda hosil boMadi. Dom enlam i o ‘chirish davomiyligi 1 mks, am plitudasi 200 mA va yo‘nalishi SMD hosil qiluvchi tok yo‘nalishiga teskari tok oMkazish bilan am alga oshiriladi. 381
M usbat (+) va m anfiy (-) ishoralar bilan mos ravishda SM Dning janubiy va shimoliy qutblari belgilangan. SM Dni yupqa pardaning m a’lum sohasida fiksatsiya qilish uchun m agnitostatik tutgichlardan foydalaniladi. Tutgich m axsus magnit yum shoq material perm olloydan yasalgan m a’lum shakldagi applikatsiyalardan iborat. Applikatsiya ostidagi sohada tashqi magnit maydon ekranlanadi va potensial chuqur - tutgich hosil b o ‘ladi. Shuning uchun SMD chuqurga tushib istalgancha uzoq vaqt saqlanishi mumkin. SM Dning m a’lum nuqtaga (m anzilga) siljitilishi quyidagicha am alga oshiriladi. Asosiy yupqa parda sirtida applikatsiyalarga aylanish o ‘qi asosiy parda sirtiga tik yo‘nalgan aylanib turuvchi tashqi N BOshQ m aydon ta’sir etadi. Aylanib turuvchi m agnit m aydon bir-biriga nisbatan 90° ga burilgan, ikki fazali tok bilan ta ’m inlanuvchi ikkita g‘altak yordam ida hosil qilinadi. Bu holda natijalovchi m aydon N bo sh q vektori
soat strelkasi bo‘ylab со burchak tezlik bilan tekis buraladi. N boshq
m aydon SM D ga am aliy ta ’sir ko‘rsatm aydi, lekin permalloyli applikat- siyalarda m agnit zaryadlar qutblarining davriy qayta taqsimlanishini hosil qiladi. Aytib o ‘tilgan qutblam ing SM D ga ta ’siri uni chapdan o ‘ngga siljishiga olib keladi. I/
t/ b)
H s iR T M O Q SMD 13.22-rasm. SMD asosidagi xotira qurilmasi: ustidan ko‘rinishi (a) va qirqim i (b). 382
SM D lam ing siljishi T - simon yoki shevronli permalloy applikat- siyalar orqali am alga oshishi mumkin. Shevronli applikatsiyalar keng qo‘llaniladi. U lar zich joylashishi va diametri 1 mkm am trofida bo‘lgan dom enlar siljishini ta ’minlaydi. Uchta shevronli applikatsiyadan tashkil topgan tuzilma,
yo‘nalishi, applikatsiyalarda m agnit qutblar holati va maydonning turli holatlarida SMD holati 13.23-rasmda ko‘rsatilgan. Applikatsiyalar dom enning janbuiy qutbiga tegadi deb faraz qilinadi. 13.23-rasm. SM Dlam ing shevronli applikatsiyalar bo‘ylab siljishi. Applikasiyalar bir-biridan ~ 1 mkm m asofada joylashib registmi hosil qiladi. SMD asosidagi xotira qurilm alarida 8 ta yoki 16 ta bir- biriga yaqin joylashgan dom enlar generatorlari hosil qilinadi va ular 8 yoki 16 razryadli sonlam i yozuvchi registm i tashkil etadi. Domenlar siljish tezligi sekundiga yuzlarcha metmi tashkil etishi mumkin, axborotni yozish tezligi esa 105 106 bit/s ni tashkil etadi. Axborotni 383
o ‘qish uchun magnitorezistiv effektga ega yarim o‘tkazgich halqadan foydalaniladi. M agnitorezistiv effekt sodir bo‘lganda yarim o‘tkazgich ostidan SMD o ‘tganda uning elektr qarshiligi o ‘zgaradi. Buning uchun halqa (datchik) orqali o ‘zgarm as tok o ‘tkaziladi. A gar datchik ostidan SMD o ‘tsa halqadagi m agnit m aydon o ‘zgaradi. U bilan birgalikda halqa qarshiligi va undan o ‘tadigan tok qiym ati ham o ‘zgaradi. Mantiqiy ko‘prik sxem aga ulangan bunday mikrovoltli datchikning signali keyinchalik kuchaytiriladi. SM Dlar asosida KIS va 0 ‘KISli yarim o‘tkazgich xotira qurilmalar yaratiladi. U lam ing axborot sig‘imi 92 yoki 250 Kbitli katta bo‘lmagan seksiyalar bilan oshirib boriladi. Shunday qilib kerakli sig‘imli xotirani hosil qilish mumkin. SMD asosidagi xotira qurilm alar yuqori ishonch- lilikka ega va m agnit disklardagi shunday qurilm alarga nisbatan tezkor ishlaydi, xotirasida saqlovchi axborotning ko‘pligi va m assa hamda oNcham larining kichikligi bilan farq qiladi. U lar ancha kam energiya iste’mol qiladi. Bundan tashqari, SMD asosidagi asboblar yordamida m antiq elem entlam ing to ‘liq to ‘plam ini hosil qilish mumkin. N a z o ra t sav o llari 1. Nanotexnologiyalarga ta ’rifbering. 2. Nanozarrachalarning qanday turlarini bilasiz? 3. Skanerlovchi tunnel mikroskop ishlash prinsipini tushuntiring. 4. Atom -
kuch mikroskop ishlash prinsipini tushuntiring. 5. Molekular -
nurli etipaksiya imkoniyatlarini aytib bering. 6 . MOB epitaksiya usuli nimalarga asoslanadi? 7.
Yuqori ajratuvchanlikka ega litografiyaning о 'ziga xos xususiyatlarini aytib bering. 8 . Kvant kompyuterlar g 'oyasi nimada? 9. Nanotuzilmalaming qanday ко 'rinishlarini bilasiz? 10. Mur qonunini aytib bering. 11. Elektronlarning kvant - mexanik harakati mikrozarralarning mexanik harakatidan qanday farqlanadi? 12. Kvant chuqurlari bo'lgan yarimo'tkazgich tuzilmalarga misol keltiring. 13. Tunnel effektning fizik та ’nosini tushuntiring. 14. Kvant chuqurlari va simlarida energetik holatlar zichligi taqsimlanishining о 'ziga xosligi nimada? 384
15. Geteroo ‘tishlar yordamida qanday qilib kvant chuqurini hosil qilish mumkin? 16. Potensial chuqurdagi nanozarraga ega bo'ladigan minimal energiyaning qiymati qanday bo ‘ladi? 17. Kremniyli nanotranzistoming ishlash prinsipini tushuntiring. 18. Ко ‘chkili fotodiod ishlash prinsipini tushuntiring. 19. Dielektrik sirtiga kremniy olish texnologiya nimadan iborat? 20. Zaryad tashuvchilari harakatchanligi yuqori tranzistorning ishlash prinsipini tushuntiring. 21. Kvant chuqurlikli lazerlar tuzilishi va ishlash prinsipini tushuntiring. 22. Oddiy yarimo ‘tkazgich lazerlarga nisbatan kvant chuqurlikli lazerlar afzalliklarini tushuntiring. 23. Funksional elektronika asboblariga ta ’r if bering. 24. Zaryad aloqali asboblarning ishlash prinsipini tushuntiring. 25. A kustoelektron asboblar ga ta ’r if bering. 26. Sirt akustik to'lqinli asboblarning tuzilishi va ishlashini tushuntiring. 2 7. Magnitoelektron asboblarga ta ’rif bering. 28. Silindrik magnit domenlar asosidagi magnitoelektron asbob- laming ishlash prinsipini tushuntiring. 385
X IV B O B Lab VIEW: LABORA TORIYA AM ALIYO TI Umumiy m a’lumotlar Zamonaviy axborot texnologiyalari ta ’lim sohasidayangi vosita va usullarni yaratish imkonini beradi. Bu masalani hal qilishda komputerda laboratoriya amaliyotlarini yaratish eng muhim va murakkab hisoblanadi. Ixtiyoriy fan bo'yicha laboratoriya amaliyoti asosini o'rgani- layotgan hodisa va jarayonlarni imitatsiya qiladigan laboratoriya maketlari bilan ulangan о ‘lchov asboblari majmui tashkil etadi. Hozirgi kungacha о ‘qitv laboratoriyalarida asosan an ’anaviy о 'lchov asboblari q o ‘llanib kelinar edi. Endi virtual o'lchov asboblari yordamida yaratilgan komputerdagi о 'lchov asboblaridan foydalanish talab etilmoqda. 0 ‘quv laboratoriyasidagi v irtu a l a sb o b (VA) -
q o ‘shimcha maxsus dasturiy ta ’minot va turli o'lchov modullari, masalan, ko'p- funksional kirish -
chiqish platasi bilan ta ’minlangan komputerdir. VA o'lchanayotgan axborotni yig'ish, qayta ishlash va aks ettirishni avtomatlashtirish imkonini beradi, foydalanuvchi uchun qulay interfeysga ega, uning dasturiy va apparat vositalari esa a n ’anaviy о 'lchov vositalariga xos bo ‘Igan vazifalarni amalga oshirish imkonini beradi, natijalarni monitor ekranida foydalanuvchiga qulay shaklda aks ettiradi. Laboratoriya amaliyotida qo'llaniladigan VA sxemasi 14.1- rasmda keltirilgan. VA dasturiy ta ’minoti ham Visual C + + , Visual Basic va boshqalar kabi standart vositalar yordamida, ham maxsus dasturlar yordamida tuzilishi mumkin. Hozirgi kunda maxsus dasturiy ta ’minot sifatida National Instruments kompaniyasining LabVIEWamaliy dasturiy paketi eng mos va qulay hisoblanadi. O'lchov jarayonlarini avtomatlashtirish bo'yicha yaratilayotgan zamonaviy apparat vositalarining deyarli barchasi LabVIEW drayverlari bilan mos keladi. Mazkur muhitda ilovalar yaratish vizual vositalar yordamida amalga oshiriladi va dasturlash bo 'yicha maxsus bilimga ega bo 'lish talab qilinmaydi. 386
Ilovalar muhiti F oydalan u v ch i ilovasi 1 . 5 ;
M S O f f i c e L a b V I E W Virtual asbob «Platforma-ilova» in te rfe y si ^ ^
K o m p u tem in g dastu riy - apparat platform asi
2 ^ ------- Virtual asbob dasturiy -apparat platformasi Asosiy plata standart interfeysi PCI-6251 k o ‘p fu n k sio n al an alog va raqam li kirish - chiqish p latasi
---------------------------- «Platforma - tashqi muhit» interfeysi (SH68-68-EP interfeys - kabel) Download 11.08 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|