Elektronlar va kovaklar generatsiyasi
![Bu jarayonlar kvantlangan energiyani ham, kristall impulsni ham saqlashi kerak va
tebranish panjarasi impulsni saqlashda katta rol o'ynaydi, chunki to'qnashuvlarda fotonlar
o'z energiyasiga nisbatan juda kam impuls o'tkazishi mumkin.
Recombinatsiya va generatsiya orasidagi bog’lanish
Rekombinatsiya va generatsiya har doim yarimo'tkazgichlarda ham optik, ham
issiqlikda sodir bo'ladi. Termodinamikada tahmin qilinganidek, issiqlik muvozanatidagi
material zaryad tashuvchining aniq zichligi doimiy bo'lib qolishi uchun muvozanatlangan
hosil qilish va rekombinatsiya tezligiga ega bo'ladi. Natijada har bir energiya zonasida
energiya holatlarini egallash ehtimoli Fermi-Dirak statistikasi bilan berilgan.
Elektron va kovak zichliklarining ko’paymasi (n va p) doimiy hisoblanadi(n
0 p
0 = n
i 2
)
muvozanatda, rekombinatsiya va hosil bo'lish teng tezlikda sodir o'ladi.Tashuvchilarning
ortiqchaligi (ya'ni,
n ∗ p > n
i2
) mavjud bo'lganda, rekombinatsiya tezligi hosil bo'lish
tezligidan kattaroq bo'lib, tizimni muvozanatga qaytaradi. Xuddi shunday,
tashuvchilarning tanqisligi (ya'ni, n∗ p<ni2 ) mavjud bo'lganda, generatsiya tezligi
rekombinatsiya tezligidan kattaroq bo'lib, tizimni yana muvozanatga qaytaradi.[1]
Elektron bir energiya zonasidan ikkinchisiga o'tganda, u yo'qotgan yoki qo'lga kiritgan
energiya va impuls jarayonda ishtirok etadigan boshqa zarralarga (masalan, fotonlar,
elektronlar yoki tebranish panjara atomlari tizimi ) o'tishi yoki kelib chiqishi kerak.](https://docx.uz/documents/295dfe93-0de0-42dc-9b3a-26ef392e16c2/page_2.png?v=1)
![Generatsiya jarayoni
Yorug'lik moddalar bilan o'zaro ta'sir qilganda, u yutulishi mumkin (bir
juft erkin tashuvchilar yoki uyg’ongan electron hosil qiladi) yoki
rekombinatsiya hodisasini tezlashtrish mumkin. Yaratilgan foton hodisa
uchun mas'ul bo'lganga o'xshash xususiyatlarga ega. Yutilish fotodiodlar ,
quyosh elementlari va boshqa yarim o'tkazgichli fotodetektorlarda faol
jarayon bo'lib, lazerli diodlarda tezlashtrilgan electron emissiya ishlash
printsipi hisoblanadi. Etarli energiyaga ega yorug'lik yarimo'tkazgichga
tushsa u zona bo'shliq bo'ylab elektronlarni qo'zg'atishi mumkin.
Bu qo'shimcha zaryad tashuvchilarni hosil qiladi, materiallarning elektr
qarshiligini vaqtincha pasaytiradi.Yorug'lik mavjudligidagi bu yuqori
o'tkazuvchanlik foto o'tkazuvchanlik deb nomlanadi.Bu yorug'likni elektrga
aylantirish fotodiodlarda keng qo'llaniladi.
Rekombinatsiya mexanizimi
Tashuvchi rekombinatsiyasi bir nechta yo’lar orqali sodir bo'lishi mumkin.
Ulardan asosiylari tarmoqli rekombinatsiya, Shockley-Read-Hall (SRH)
rekombinatsiya, Auger rekombinatsiyasi va sirt rekombinatsiyasi. Ushbu
parchalanish radiatsiyaviy va radiatsiyaviy bo'lmaganlarga ajratish mumkin.
Ikkinchisi, ortiqcha energiya o'rtacha ishlash muddati {r
nr } keyin fonon
emissiyasi orqali issiqlikka aylantirilganda sodir bo'ladi, holbuki birinchisida
energiyaning hech bo'lmaganda bir qismi nurlanish muddatidan {r
r } keyin
yorug'lik emissiyasi yoki lyuminestsent tomonidan chiqariladi. Keyin
tashuvchining ishlash muddati {r}ikkala hodisaning tezligidan quyidagilarga
muvofiq olinadi:[2]
1
r = 1
r
r + 1
r
nr
Bundan tashqari, biz ichki kvant samaradorligini yoki kvant rentabelligini
aniqlashimiz mumkin
η = 1
r
r
1
r
r + 1
r
nr = radioaktiv rekombinatsiya
umumiy rekombinatsiya ≤ 1
Radioaktiv rekombinatsiya](https://docx.uz/documents/295dfe93-0de0-42dc-9b3a-26ef392e16c2/page_3.png?v=1)
![Tarmoqli rekombinatsiya - elektronlarning o'tkazuvchanlik zonasidan
valentlik zonasiga radiatsiyaviy tarzda o’tish jarayonining nomi. Spontan
emissiya shakli bo'lgan tarmoqli rekombinatsiya paytida moda tomonidan
yutuliganenergiya fotonlar shaklida chiqariladi. Odatda bu fotonlar dastlab
yutilganidan bir xil yoki kamroq energiyani o'z ichiga oladi. Ushbu effekt
LEDlarning yorug'likni yaratishi. Foton nisbatan kam impulsga ega
bo'lganligi sababli, radiatsiyaviy rekombinatsiya faqat to'g'ridan-to'g'ri
tarmoqli materiallarda muhim ahamiyatga ega. Bu jarayon bimolekulyar
rekombinatsiya deb ham ataladi [3]
.
Ushbu turdagi rekombinatsiya qo'zg'alilgan holatdagi elektronlar va
teshiklarning zichligiga bog'liq bo'lib, mos ravishda n (t) va p (t) bilan
belgilanadi. Radiatsion rekombinatsiyani R
r va tashuvchining hosil bo'lish
tezligini G sifatida ifodalaymiz.
Jami generatsiya - issiqlik hosil qilish G
0 va G
l yarimo'tkazgichda yorug'lik
porlashi tufayli hosil bo'lish yig'indisidir.G=G0+G0
Bu erda biz yarimo'tkazgichda yorug'lik bo'lmagan holatni ko'rib
chiqamiz. Shuning uchun G
l =0 G
0 =0, va biz tashuvchi zichligi o'zgarishini
vaqtning funktsiyasi sifatida ifodalashimiz mumkin
dn
dt =G− Rr=G0+Rr
Rekombinatsiya tezligiga erkin elektronlar kontsentratsiyasi ham, ular
uchun mavjud bo'lgan teshiklar kontsentratsiyasi ham ta'sir qilganligi
sababli, biz R
r np ga mutanosib bo'lishi kerakligini bilamiz:
Rr∞ np
Va ∞ni yo'q qilish uchun Br proportsionallik doimiysini qo'shamiz
R
r = B
r np
Agar yarimo'tkazgich issiqlik muvozanatida bo'lsa, elektronlar va
teshiklarning rekombinatsiyalanish tezligi elektronning valentlik zonasidan
o'tkazuvchanlik zonasiga o'z-o'zidan o'tishi natijasida hosil bo'lish tezligi](https://docx.uz/documents/295dfe93-0de0-42dc-9b3a-26ef392e16c2/page_4.png?v=1)
![Bu erda p
max t = 0 bo'lganda maksimal ortiqcha teshik kontsentratsiyasi. (pmax
=
Gl
Bn0 ekanligini isbotlash mumkin, lekin bu erda biz buni muhokama
qilmaymiz).
Qachonki t ¿ 1
B n
0 bo'lganda, barcha ortiqcha teshiklar yo'qoladi. Shuning
uchun biz materialdagi ortiqcha teshiklarning ishlash muddatini
belgilashimiz mumkin
τ
p 1
B n
0
Shunday qilib, ozchilik tashuvchining ishlash muddati ko'pchilik
tashuvchining kontsentratsiyasiga bog'liq.
Sirt rekombinatsiya jarayoni
Yarimo'tkazgich sirtidayordamida rekombinatsiya sirt rekombinatsiyasi
deb ataladi. Bu yarimo'tkazgich kristalining to'satdan uzilishi natijasida
sirtga keladigan osilgan bog'lanishlar tufayli yarimo'tkazgich sirtsida yoki
interfeysida tuzoqlar paydo bo'lganda sodir bo'ladi. Sirt rekombinatsiyasi
sirtdagi nuqsonlarning zichligiga bog'liq bo'lgan sirt rekombinatsiya tezligi
bilan tavsiflanadi. 17
Quyosh xujayralari kabi ilovalarda sirt rekombinatsiyasi
sirtdagi erkin tashuvchilarni to'plash va chiqarish tufayli rekombinatsiyaning
dominant mexanizmi bo'lishi mumkin. Quyosh xujayralarining ba'zi
ilovalarida sirt rekombinatsiyasini minimallashtirish uchun oyna qatlami deb
ham ataladigan katta tarmoqli bo'shliqqa ega shaffof material qatlami
qo'llaniladi. Sirtki rekombinatsiyani minimallashtirish uchun passivatsiya
usullari ham qo'llaniladi. 18
Langevin rekombinatsiyasi
Kam harakatchan tizimlardagi erkin tashuvchilar uchun rekombinatsiya
tezligi ko'pincha Langevin rekombinatsiya tezligi bilan tavsiflanadi . [19]
Model
ko'pincha organik materiallar (va shuning uchun organik quyosh elementlari
[20]
uchun tegishli) va boshqa shunga o'xshash tizimlar kabi tartibsiz tizimlar
uchun ishlatiladi. Langevin rekombinatsiya kuchi quyidagicha aniqlanadi
γ = q
ε μ](https://docx.uz/documents/295dfe93-0de0-42dc-9b3a-26ef392e16c2/page_6.png?v=1)
Elektronlar va kovaklar generatsiyasi