Жартылай өткізгіштердің қоспа бар кездегі өткізгіштігі.

Механикалық (сызықтар, дислокация), жылулық (бос түйіндер немесе түйіндер арасындағы атомдар) және қоспалар мен (бөтен элементтердің атомдары) келісілген жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі қоспалық өткізгіштік, ал жартылай өткізгіштің өзі қоспа бар кездегі жартылай өткізгіштер деп аталады.

Жартылай өткізгіштер электрондық (немесе n – типті жартылай өткізгіштер) деп аталады, егер олардағы өткізгіштік, валенттілігі негізгі атомдардың валенттілігінен бір шамаға қоспаның басы артық электрондарымен қамтамасыз етілетін болса.

М ысалы, бес валентті мышьяк (As) қоспасы, төрт валентті германии (Ge) матрицасында тордың өрісін бұрмалайды, бұл өз кезегінде қоспалық деңгей деп аталатын рұхсат етілмеген зонаның Д энергетикалық деңгейінде мышьяктың валенттік электрондарының пайда болуына әкеледі. Бұл кезде осы деңгей өткізгіштік зонаның түбінен E_D=0,013эв < kT қашықтықта орналасады, сондықтан кәдімгі температуралардағы жылулық энергия шамасы электрондарды қоспалық деңгейден өткізгіштік зонаға лақтыруға жеткілікті.

Электрондар көзі болып табылатын қоспалар донорлар деп, ал бұл қоспалардың энергетикалық деңгейлері – донорлық деңгейлер деп аталады.

Осылайша, n – типті жартылай өткізгіштерде (донорлық қоспа) өткізгіштіктің электрондық механизмі жүзеге асырылады.

Жартылай өткізгіштер кемтіктер (немесе р – типті жартылай өткізгіштер) деп аталады, егер олардағы өткізгіштік валенттілігі негізгі атомдардың валенттілігінен бір бірлікке аз қоспаны ендіру саларынан кемтіктермен қамтамассыз етілетін болса.

Мысалы, үш валентті бор (В) қоспасын төрт валентті германии (Ge) матрицасына ендірсе, онда тиым салынған зонада, электрондар орналаспаған қоспалық энергетикалық деңгей А пайда болады. Бұл кезде осы деңгей валенттік зонаның жоғарғы шетінен Е_А0,08эв қашықтықта орналасады. Электрондар бор атомдарында таралмай валенттік зонадан қоспалық деңгейге өте алады. Валенттік зонада пайда болған кемтіктер – токты тасымалдаушылар болып табылады.

Валентті зонадан электронды қармап алатын қоспалар – акцепторлар деп, ал бұл қоспалардың энергетикалық деңгейлері – акцепторлық деңгейлер деп аталады. р – типтегі (акцепторлық қоспа) жартылай өткізгіштерде өткізгіштіктің кемтіктік механизмі іске асырылады.

Осылайша, меншікті өткізгіштіктен өзгеше қоспалық өткізгіштік бір таңбадағы тасымалдаушылармен келісілген.

Жартылай өткізгіштердің фотоөткізгіштігі

Жартылай өткізгіштедің фотоөткізгіштігі – яғни электромагниттік сәулеленудің әсерінен жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігінің артуы – негзгі заттың қасиеттеріне де, және ондағы болатын қоспаларға да байланысты болуы мүмкін.

М еншікті фотоөткізгіштік. Егер фотондардың энергиясы тиым салынған зонаның енінен үлкен (hvE) болса, электрондар валенттік зонадан өткізгіштік зонаға (а) ауыстырылуы мүмкін, ол қосымша (тепе – тең емес) электрондардың (өткізгіштік зонада) және кемтіктердің (валенттік зонада) пайда болуына әкеледі.

Қ оспа бар кездегі фотоөткізгіштік. Егер жартылай өткізгіште қоспа бар болса, онда фотоөткізгіштік hv<E кезінде де пайда болуы мүмкін: донорлық қоспа кезінде фотонның энериясы hvE_Д, ал акцепторлық қоспа кезінде hvE_А болуы керек.

Қоспа орталықтары жарықты жұтқан кезде n – типті жартылай өткізгіш жағдайында (б–суреті) электрондардың донорлық деңгейлерден өткізгіштік зонаға, р – типті (в–суретті) жартылай өткізгіш жағдайында валенттік зонадан акцепторлық деңгейлерге ауысуы жүреді.

Қоспалық өткізгіштік n – типті жартылай өткізгіштер үшін таза электрондық, р – типті жартылай өткізгіштер үшін таза кемтіктік.

Сонымен, егер меншікті жартылай өткізгіштер үшін hvE болса, және қоспа бар кездегі жартылай өткізгіштер үшін hvE_n болса, онда жартылай өткізгіште фотоөткізгіштік қозады (мұндағы E_n – қоспа атомдарының белсенділендіру энергиясы).

Бұдан әрі де фотоөткізгіштік қозатын ең үлкен толқын ұзындығын – фотоөткізгіштіктің қызыл шекарасын сәкес меншікті және қоспа бар кездегі жартылай өткізгіштер үшін анықтауға болады.

Ф отоөткізгіштіктің пайда болуына алып келетін жұтылумен қатар, экситондардың пайда болуына байланысты фотоөткізгіштік жүрмейтін жарықтың жұтылуы орын алуы мүмкін. Экситон – бұл кристалл торының бір түйінінде немесе атом аралық қашықтықтан едәуір үлкен қашықтықта орналасқан өткізгіштік электроны мен кемтіктің байланысқан күйінде көрсетуге болатын электрлі бейтарап квазибөлшек. Экситондар энергиясы тиым салынған зона энергиясынан аз фатондармен қоздырылуы мүмкін және көрнекті түрде бір – бірінен ажырап кетуге энергиялары жетпеген, жалпы массалар центірі төңірегінде қозғалатын қосарланған электрон (е) және кемтік (h) моделі түрінде көрсетілуі мүмкін. Тұтас алғанда экситон электрлік бейтарап, сондықтан жарықтың экситондық жұтылуы фотоөткізгіштіктің артуына әкелмейді.

Қатты денелердің люминесценциясы.

Берілген температурада дененің жылулық сәуле шығарғыштығынан артық және ұзақтығы бойынша жарық тербелістерінің периодынан үлкен сәуле шығаруды люминесценция деп атайды.

Әртүрлі қоздырулардың әсерінен жарқырауға қабілетті заттар, люминафорлар деп аталады.

Қоздыру тәсілдеріне байланысты люминесценцияның мынадай түрлерін ажыратады: фотолюминесценция (жарықтың әсерінен), рентгендіклюминесценция (ренген сәулелерінің әсері арқылы),катодтық люминесенция (электрондардың әсері арқылы), радиолюминесценция (ядролық сәулелермен қоздыру арқылы, мысалы  - сәулелерімен, нейтрондармен, протондармен), хемилюминесценция (химиялық түрленулер кезінде), триболюминесценция (кейбір кристалдарды жарғанда немесе ұнтақтағанда).

Жарқыраудың ұзақтығын байланысты шартты түрде екі түрін ажыратады: флуоресценция (t10^-8c) және қоздыру тоқтағаннан кейін жарқырауы елеулі уақыт аралығына созылатын фосфорлықесценсия.

Люминесценцияны алғашқы сандық зерттеулердің өзінде Стокс ережесі тұжырымдалды: люминесценциялық сәуле шығарудың толқын ұзындығы әрқашанда оны қоздырған жарық толқыннан үлкен.

Бөтен қоспалардан қолдан жасалған өз алдына тиімді люминесценциялаушы кристалл тәрізді қатты денелер кристалдыфосфорлар деген атаққа ие болады.

Кристалдыфосфорлар мысалы негізінде қатты денелердің зоналық теориясы көзқарасы тұрғысынан фосфорлықесценцияның пайда болу механизмін қарастырамыз. Кристалды фосфордың валенттік зонасы мен өткізгіштік зоналарының арасында А активаторының қоспалық деңгейлері орналасады. Кристалдыфосфорда ұзақ уақыт жарқырау қозу үшін, электрондарды ұстап алуды немесе торға түсіруді қамтамассыз ететін орталықтар (Л₁, Л₂) болуы тиіс. Электрондардың қоныс аудару үрдісінің ұзақтығы активатор ионымен бірге рекомбинация мезетіне дейінгі электронның торда болу уақытымен анықталады.