Пікір жазғандар
жүктеу/скачать 3,31 Mb.
|
Аскын кітап
- Бұл бет үшін навигация:
- 13.1. Аморфты қатты денелердің құрылымы
| 12.9-сурет. Үшдеңгейлік ауысу сұлбасы
(р – n ) ауысуы пайда болған кезде электрондар n аумағынан р аумағына диффузияланады, ал кемтіктер керісінше р аумақтан 267 n аумаққа қарай енеді. Нәтижесінде р аумағында (р – n) ауы- суына жақын теріс көлемдік заряд пайда болады, ал n аумағында – оң заряд. Сонымен, (р – n) ауысуының электр өрісі пайда бола- ды, ол әрі қарай тасушылардың диффузиясына кедергі жасайды. Көлемдік заряд энергетикалық өңірдің ығысуын тудырады. Нәтижелі (р – n) ауысуының энергетикалық диаграммасы 12.10- суретте көрсетілген. 12.10-сурет. Туындаған p-n ауысуының энергетикалық диаграммасы Инверстік қоныстану шарты бойынша жоғарғы деңгей тө- менгі деңгейге қарағанда жартысынан көп толтырылған болуы керек. Демек, (р – n ) ауысуы кезінде заряд тасушылар азған күйде болуы керек. 12.10-а суретте электронмен толтырылған энергетикалық деңгейлер штрихталған. Егер (р – n) ауысуына тік бағытталған, сыртқы кернеу бері- летін болса, яғни (р – n) ауысуының өрісіне қарама-қарсы өрісті тудыратын кернеу – р және n аумағының арасындағы потен- циалдық тосқауыл кішірейеді. Егер сыртқы кернеу жетерліктей жоғары болса, (р – n) ауысудың энергетикалық диаграммасы 12.10-ә суреттегі бейнеге сай болады. Осы кезде электрондар n аумағынан р аумағына ауыса алады, яғни негізгі емес заряд тасушылар инжекцияланады. Инжекцияланған электрондар ва- ленттік өңірдегі кемтіктермен рекомбинацияланады. Осы кезде фотондар тыйым салынған өңір еніне жақын энергиямен сәуле- ленеді. р аумағынан n аумағына (р – n) ауысуы арқылы кемтік- 268 тер өтеді. Олар n аумағының электрондарымен рекомбинацияла- нады. Негізгі емес тасымалдаушылар қоспаларының салыстыр- малы концентрациясына, қозғалғыштығына және өмір сүру уақы- тына байланысты осындай немесе басқаша процесс орын алады. Жоғары деңгейлерден төменгі деңгейлерге ауысу кезінде пайда болатын сәулеленулер спонтанды болып келеді. Инверс- тік қоныстану ортасында бұл спонтанды сәулелену қосымша ауысуларға итермелейді. Инверстік қоныстану ортасында квант- тық генераторды жасау үшін авто тербелістік режім шартын қамтамасыз ету қажет. Мұндай режімді белсенді ортаға орналас- тыру арқылы қол жеткізуге болады, яғни инверстік қоныстану орын алатын затта резонатор оң кері байланыстың рөлін атқара- ды. Резонатор, сонымен қатар сәулеленудің кеңістіктік және уа- қыттық когеренттілігін қамтамасыз етеді. Қарапайым резонатор екі жазық параллель айнадан тұрады, оның бірі жартылай жарық өткізгіш болып табылады. Рубиндік лазерде резонатор болып, жұқа металмен жабылған жылтыратылған рубин стержні алына- ды. Арсенид галий жартылай өткізгіш инжекциондық лазерінде мұқият жалтыратылған беттік грандары, ол (р – n) ауысу жазық- тығына перпендикуляр. Cпонтанды ауысу кезінде фотонның сәулеленуі барлық ба- ғытта бірдей ықтималды болады. Бірақ айна жазықтығына пер- пендикуляр таралатын фотондар олардан шағылып және кері ба- ғытта инверстік қоныстану ортасына бағытталады. Индуцирлеу- ші сәулелену рөлін атқарып, олар мәжбүрленген ауысуларды ту- дырады, сонан кейін кері шағылады, т.б. Сәуленің заттан әрбір өту кезінде сәулелену интенсивтілігі арта түседі. Жарық энергия- сының жартысы мөлдір айна арқылы шығып кетеді, когерентті жарық ағынын тудырады. Резонатор барлық сәулеленген фотондар ішінен тек қана жиілігі және таралу бағыты белгілі фотондарды «таңдап» алады. Егер айналар арасында бүтін санды жарты тол- қындар орналасса, сәулелену тек қана сондай жиіліктерде болады. Оптикалық кванттық генераторды жасауға фундаменталды зерттеулер алып келді, ол шамамен бірдей уақытта КСРО мен АҚШ-та орындалды. Бұл саладағы ерен еңбектері үшін кеңес физиктері Н.Г. Басов және А.М. Прохоров, сонымен қатар америкалық физик Ч. Таунс Нобель сыйлығымен марапатталды. 269 Қатты дене физикасы Соңғы жылдары кристалдық емес заттар физикасы қарқын- ды түрде дамуда, оларға сұйық металдар және жартылай өткіз- гіштер, шыны, аморфтық металдық құймалар және т.б. жатады. Кристалдардың негізгі ерекшелігі оны құрайтын атомдар мен молекулалар реттелген құрылым түзеді, олардың алыс реттері периодтылыққа ие болады. Периодтылыққа байланысты матема- тикалық қарапайымдау салдарынан кристалдық қатты денелер- дегі физикалық құбылыстар кванттық механика жасалғаннан кейін жақсы түсінікті бола бастады. Бізді қоршаған заттардың көбі реттелмеген жүйені құрай- ды, онда алыс рет жоқ, бірақ сол кезде атомдардың орналасуын- да жақын рет болады. Осындай заттарды аморфтық, бейкрис- талдық немесе реттелмеген деп атайды. Реттелмеген заттар- дың ішінде кристалдық қатты денелердің механикалық қасиет- теріне ұқсас қасиеттерге ие болатыны бар. Жылжу тұтқырлығы- ның коэффициенті 1013-1014 Н ∙ с/м2-ден жоғары болатын бей- кристалдық заттарды аморфты қатты денелер деп атайды (балқу температурасы маңында сұйық үшін типтік тұтқырлық мәні 103 Н ∙ с/м2-ға тең. Көптеген тәжірибелік зерттеу нәтижеле- рі аморфтық қатты денелер, кристалға ұқсас, диэлектрик, жар- тылай өткізгіш және металл бола алатындығын көрсетті. Диэлектрик, жартылай өткізгіш және металдардың бар бо- луы алыс ретке негізделген, қатты дененің аумақтық теориясы- мен түсіндіріледі. Аморфты заттардың кристалдарға ұқсас элек- 270 трлік қасиеттерге ие болатындығы ашылғандығы периодтылық- тың рөлін қайта қарауға алып келді. 1960 жылы А.И. Иоффе және А.Р. Регель аморфтық жартылай өткізгіштердің электрлік қасиеттері алыс ретпен емес жақын ретпен түсіндіріледі деген болжам жасады. Осы болжамға негізделген реттелмеген мате- риалдардың теориясы пайда болды, ол бейкристалдық заттар- дың көптеген қасиеттерін түсінуге себепкер болды. Қатты дене физикасының дамуына кеңес ғалымдары А.Ф. Иоффе, А.Р. Ре- гель, Б.Т. Коломиец, А.И. Губанов, В.Л. Бонч-Бруевич және т.б. өз үлестерін қосты. Губанов алғаш рет аумақтық теорияның негізгі қағидаларының реттелмеген заттарда қолдануының тео- риялық түсінігін берді. 13.1. Аморфты қатты денелердің құрылымыӘдетте аморфтық заттардың құрылымы жөнінде ақпарат рентгендік сәулелердің немесе электрондардың дифракциясы- нан алынады. Бастапқы атомнан r қашықтықтағы атомдар ты- ғыздығы ρ(r) деген ұғым енгізейік. r қашықтықтан r + dr қашық- тыққа дейінгі қалыңдығы dr болатын сфералық қабатта атомдар саны 4πr2ρ(r)dr тең болады. Бұл өрнекті атомдардың таралуы- ның радиальды функциясы деп атайды. 4πr2ρ(r)dr функциясы атомаралық қашықтыққа сәйкес болатын қашықтықта макси- мумға ие болады. Таралудың радиалды функциясының әрбір шыңының астындағы ауданы координаттық санмен анықталады. 13.1-суретте мысал ретінде С. Мосс және Д. Грачикпен алынған, аморфтық кремний үшін радиальды таралу қисығы көрсетілген. Сол суретте кристалдық кремний үшін де сәйкес қисық көрсетілген. i i Бұл суреттерден алынған zi координаттар саны берілген атомның i нөмірімен координатардағы атомға дейін арақашық- тығы – ri, сонымен қатар i-нші координат сферасындағы атом- ның μ 2 ығысуының орташа квадратын көрсетеді, 13.1-кестеден алғашқы координат сферасы аморфтық және кристалдық крем- нийде бірдей болатынын көруге болады. Екінші координаттық сфера аморфтық кремнийде аса айқын анықталмаған: μ 2 мәні 271 кристалдық материалға қарағанда елеулі көп. Аморфтық крем- нийдің кристалдан айырмашылығы радиалды таралудың үшінші координаттық максимумның жоғалып кетуі мысал болады. Бас- қаша айтқанда, аморфтық кремнийдің құрылымы кристалдық сияқты жақын ретпен сипатталады, бірақ жақын рет орналасқан аумақ тек бірінші координаттық сферамен шектеледі. Осыған ұқсас жағдайлар басқа да аморфтық заттарда байқалады. жүктеу/скачать 3,31 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|