Elektronika va asbobsozlik

17-MA’RUZA.


Mavzu: Optoelektron asboblar.


Reja:
1.Optoelektron asboblar.
2. Funksional asboblar.


Tayanch iboralar: funksional mikroelektronika, p’ezoelektr rezonatorlar, optoelektron asboblar, optronlar funksional asboblar, optronlar, ichki fotoeffekt, fotodiodlar, fotorezistorlar, monokristallar

1. Optoelektron asboblar

Optoelektron asboblarning ishi ma’lumot olish, uni o‘zatish va saqlashning elektron - foton jarayonlariga asoslangan.
Optoelektron asboblarning eng soddasi optoelektron juft yoki optrondir. Nurlanish manbai, immersiya muhit (yoruglik o‘tkazgich) va fotopriyomnikdan iborat optronning ishlash prinsipi elektr signalni optik signalga aylantirish, so‘ngra esa, yana elektr signalga qaytarishga asoslangan.
Optronlar funksional asboblar sifatida odatdagi radioelementlarga nisbatan quyidagi afzalliklarga ega:
«kirish-chikish» ning to‘la galpvanik ajratilganligi (izo­lyatsiya qarshiligi 10¹²10¹⁴ Om dan yuqori);
Ma’lumotlar uzatish kanalida absolyut halakitdan himoyalanganlik (ma’lumot tashuvchilar — elektr jihatdan neytral zarralar — fotonlar); yorug‘lik tarqalishining o‘ziga hosligiga bog‘liq bo‘lgan ma’lumotlar oqimining bir yo‘nalishdaligi;
optik to‘lqinlar yuqori chastotali bo‘lganligi sababli keng polosaliligi;
yetarli darajada tez ishlashi (bir necha nanosekund);
buzilish kuchlanishining yuqoriligi (o‘nlab kilovolpt);
shovkin darajasining kichikligi;
yaxshi mexanik mustaxkamligi.
Bajaradigan ishiga ko‘ra optronni reledagi transformator (bog‘lanish elementi) bilan (kalit bilan) taqqoslash mumkin.
Optron asboblarida yarim o‘tkazgichli nurlanish manbalari — L^IIIV^V guruh birikmalari materiallaridan tayyorlanadigan yorug‘lik nurlatuvchi diodlar qo‘llaniladi. Bularning ichida galliy fosfidi va arsenidining kelajagi porlokdir. Ularning nurlanish spektri ko‘rish va yaqin infraqizil nurlanish (0,5 - 0,98 mkm) sohasida yotadi. Galliy fosfidi asosidagi yorug‘lik nurlatuvchi diodlar qizil va yashil rangli nurlanishga ega. Kremniy karbididan ishlangan diodlar sariq rangli nurla­nish beradi va yuqori temperaturada, namlikda va agressiv muhitlarda ham ishlay oladi.
Spektrning ko‘rinadigan diapazonida nur tarqatuvchi yorug‘lik diodlari elektron soatlarda va mikrokalpkulyatorlarda ishlatiladi.
Yorug‘lik tarqatuvchi diodlar nurlanishning yetarlicha keng spektral tarkibi; yo‘nalganlik diagrammasi; chiqariladigan yorug‘lik kvantlari sonining r —n o‘tish orasidan o‘tgan elektronlar soniga nisbati bilan aniqlanadigan kvant effektivligi; quvvat (ko‘rinmas nurlanishda) va ravshanlik (ko‘rish nurlanishida); volpt-amper, lomen-amper va vatt-amper xarakteristikalari; tez ishlash (impulps uyg‘onishda elektrlyuminessensiyaning ortishi va pasayishi); temperaturaning ishlash diapazoni bilan xarakterlanadi. Yuqori ish temperaturasida yorug‘lik diodlarining ravshanligi susayadi va nurlanish kuvvati pasayadi.
Ko‘rish diapazonidagi yorug‘lik nurlatuvchi diodlarning asosiy xarakteristikalari jadvalda, infraqizil diapazondagilarniki keltirilgan.
Yorug‘lik diodlari optoelektron asboblarda fotopriyomniklarga immersion muhit orqali ulanadi. Signalni minimal isrof va minimal chetlanish bilan uzatish shu muhitga nisbatan qo‘yiladigan asosiy talabdir. Optoelektron asboblarda qattiq immersiya muhitlari — polimer organik birikmalar (optik yelimlar va loklar), xalpkogenid muhitlar va tolali yorug‘lik o‘tkazgichlardan foydalaniladi. Nurlatgich va fotopriyomnik orasidagi optik kanalning uzunligiga qarab optoelektron asboblarni optojuftlar (kanal uzunligi 100—300 mkm) ga, optoizolyatorlar (1 m gacha) ga va tola-optikaviy aloqa liniyalari (VOLS) (o‘nlab km) ga ajratish mumkin.
Optoelektron asboblarda ishlatiladigan fotopriyomniklarga nisbatan qo‘yiladigan talablar spektral xarakteristikalarning nurlatgich bilan mosligi, yorug‘lik signalini elektr signaliga aylantirishdagi minimal sarf, fotosezgirlik tez ishlash, fotosezgir yuzachaning o‘lchamlari, ishonchlilik va shovqinlar darajasi bo‘yicha bo‘ladi.
Optronlar uchun ichki fotoeffektli fotopriyomniklar eng istiqbolli hisoblanadi. Bularda fotonlarning elektronlar bilan ma’lum fizikaviy xossaga ega bo‘lgan material ichidagi o‘zaro ta’siri elektronlarning shu materiallar kristall panjarasining hajmida o‘tishiga olib keladi.
Ichki fotoeffekt ikki xil namoyon bo‘ladi: yorug‘lik ta’sirida fotopriyomnik qarshiligining (fotorezistorlar) o‘zgarishida yoki ikkita material — yarim o‘tkazgich — yarim o‘tkazgich, me­tall — yarim o‘tkazgichning tutashish joyida foto-E.Yu.K. paydo bo‘lishida (ventil fotoelementlar, fotodiodlar, fototranzistorlar).
Ichki fotoeffektli fotopriyomniklar fotodiodlar (r—n o‘tishli, MDP-strukturali, Shottki tusig‘ili) ga, fotorezistorlarga, ichki kuchaytirish fotopriyomniklari (fototranzistorlar, tarkibiy fototranzistortar, fototiristorlar, maydon fototranzistorlari) ga ajratiladi.
Fotodiodlar kremniy va germaniy asosida tayyorlanadi. Kremniyning maksimal spektral sezgirligi 0,8 mkm, germaniyniki esa, 1,8 mkm gacha. Ular r—n o‘tishdagi teskari siljishda ishlaydi. Bu hol ularning tez ishlashini, barqarorligini va tavsiflarining chiziqliligini oshirishga imkon beradi.
Turli murakkablikdagi optoelektron asboblarning fotopri­yomniklari sifatida, ko‘pincha, r—i—n strukturali fotodiod­lar qo‘llaniladi, bu yerda i-yuqori elektr maydonning siyraklashgan sohasi. Ushbu sohaning qalinligini o‘zgartirib, eltgichning kichik sig‘imi va uchib o‘tish vaqti hisobiga tez ishlash va sezgirlikka oid xarakteristikalarni yaxshilash mumkin.
Zaryad eltgichlar ko‘payganda fototokning kuchayishiga asoslangan quyunli fotodiodlar yuqori sezgirlikka va tez ishlashga ega bo‘ladi. Biroq bu fotodiodlarda temperatura diapazonidagi parametrlar yetarlicha barqaror emas va yuqori kuchlanishli tok manbai talab etiladi.
Shottki tusig‘ili va MDP-strukturali fotodiodlar to‘lqin uzunligining ma’lum diapazonlarida ishlatishda istiqbolli hisoblanadi.
Fotorezistorlar, asosan, polikristall yarim o‘tkazgich plyon-kadan birikma (kadmiyning oltingugurt va selen bilan) aso­sida tayyorlanadi. Fotorezistorlarning maksimal spektral sezgirligi 0,5—0,7 mkm. Ular, odatda, kichik yoritilganlikda qo‘llaniladi; sezgirligiga ko‘ra ularni fotoelektron ko‘paytirgichlar — tashqi fotoeffektga asoslangan asboblarga taqqoslash mumkin, biroq ular past kuchlanishli tok manbai talab qiladi. Ish suratining pastligi va shovqin darajasining yuqoriligi fotorezistorlarning kamchiligi hisoblanadi. Fotopriyomniklarning eng ko‘p tarqalganlari ichki kuchaytirgichli fototranzistorlar va fototiristorlardir. Fototranzistorlar fotodiodlarga qaraganda sezgirroq, lekin ishlash surati pastroq. Fotopriyomnikning sezgirligini yanada oshirish uchun foto va kuchaytirgichli tranzistorlarning qo‘shilmasidan iborat tarkibiy fototranzistordan foydalaniladi. Ammo uning ishlash surati yuqori emas.
Optronlarda fotopriyomnik sifatida fototiristor (yoritilganda almashlab ulanuvchi uchta r—n o‘tishli yarim o‘tkazgichli asbob) ishlatish mumkin. U yuqori sezgirlikka va chiqish signali darajasiga ega, lekin sekin ishlaydi.
Optronlar turlarining har xilligi, asosan, fotopriyomniklarning xossalari va xarakteristikalari bilan aniqlanadi. Optronlarning asosiy qo‘llanishlaridan biri raqamli va analogli signallar 25-rasm uzatgichlari va qabul qilgichlarini effektiv galpvanik ajratishdir. Bu holda optronni signallar o‘zgartgichi yoki kommutatori rejimida ish­latish mumkin.
Optron mum­kin bo‘lgan kirish signali (boshqarish toki), tok uzatish koeffitsienti, tez ishlashi (almashib ulanish vaqti) va nagruzka qobiliyati bilan xarakterlanadi. Tok uzatish koeffitsientining almashlab ulanish vaqtiga nisbati optronning asilligi deyiladi. U fo­todiod va fototranzistor optronlari uchun 10⁵10⁶ ga teng bo‘ladi. Fototiristor­lar asosidagi optronlar keng qo‘llaniladi, fotorezistorlardagi optronlar esa, vaqt bo‘yicha va temperaturaga nisbatan barqarorligi pastligi tufayli keng tarqalmadi. Ba’zi op­tronlar sxemalari 130-rasm, a—g da keltirilgan.
Kogerent nurlanish manbalari sifatida yuqori barqarorlikka, yaxshi epergiyaviy tavsiflarga va samaradorlikka ega bo‘lgan lazerlar ishlatiladi. Optoelek-tronikada kompakt tuzilmalar konstruk-siyasi uchun, masalan,

26-rasm

ma’lumotlarni an’anaviy uzatish tarmoqlari (kabelli va simli) o‘rniga tola-optikaviy aloka liniyalarida qo‘llaniladigan yarim o‘tkazgichli lazerlar — lazer diodlaridan foydalaniladi. Ular yuqori o‘tkazish qobiliyatiga (o‘tkazish polosasi birlik gigagers), elektromagnit xalakitlar ta’siriga barqarorlikka, kichik massa va o‘lchamlarga, kirishdan chikishgacha to‘la elektr izolyatsiyasiga, portlash va ega. VOLSlarning o‘ziga xos tomoni ularda tuzilishi 131-rasmda ko‘rsatilgan maxsus tola-op­tikaviy kabelning ishlatilishidir. Shunday kabellarning sanoatdagi namunalari 1—3 dB/km va undan kam so‘nishga ega. Tola-optikaviy aloqa liniyalari telefon va hisoblash tarmoqlarini, yuqori sifatli tasvir o‘zatuvchi kabelp televideniesi tizimini yaratishda ishlatiladi. Bu aloqa liniyalarida bir vaqtda o‘n minglab telefon orqali so‘zlashuvlar va bir nechta televidenie dasturlari uzatiladi.
Keyingi vaqtlarda optikaviy integral sxemalar (OIS) ishlab chiqilmokda va keng qo‘llanilmokda. Ularning barcha elementlari kerakli materiallarni taglikka o‘tkazish yo‘li bilan shakllantirib olinadi.
Elektron soatlarning indikatorlari sifatida keng qo‘llaniluvchi suyuq kristallar asosidagi asboblar optoelektronikada istikbolli hisoblanadi. Suyuq kristallar kristall xossali organik modda (suyuqlik) bo‘lib, kristall faza bilan suyuqlik o‘rtasidagi o‘tish holatida bo‘ladi.
Suyuq kristallardagi indikatorlar yuqori ajratish qobiliyatiga ega, nisbatan arzon, kam kuvvat talab qiladi va yuqori yoritilganlik darajasida ishlaydi.
Monokristallarga o‘xshash xossali suyuq kristallar (nematiklar) yorug‘lik indikatorlari va optikaviy xotira tuzilmalarida ko‘p ishlatiladi. Qizdirilganda rangini o‘zgartiruvchi suyuq kristallar (xolesteriklar) ishlab chiqildi va amalda keng qo‘llanilmokda. Suyuq kristallarning boshqa turlari (smektiklar) ma’lumotni termooptikaviy yozishda ishlati­ladi.
Keyingi yillarda ishlab chiqilgan optoelektron asboblar o‘zlarining noyob xossalari tufayli fan va texnikaning turli sohalarida keng tarqaldi. Ularning ko‘pchiligi vakuum va yarim o‘tkazgichlar texnikasida analogga ega emas. Biroq yangi materiallar ishlab chiqish bilan, shu asboblarning elektr va ishlatilish xarakteristikalarini yaxshilash bilan va ularni tayyorlash texnologiyasini rivojlantirish bilan bog‘liq bo‘lgan hal etilmagan muammolar xali ko‘p.
Elementlar va ularning birikmalaridan qilinadigan yarim o‘tkazgichli mikrosxemalar integratsiya darajasining turli fizik cheklanishlariga ega. Bu cheklanishlar chegaralangan hajmdan issiqlikni chiqarishga, o‘tkazgichlarning o‘lchamini kichraytirganda issiqlikning mikrosxema tomonidan sochilishini va undagi isrofini oshiruvchi o‘tkazgich elektr qarshiligining ko‘payishiga; dielektrik buzilishning paydo bo‘lishiga (chunki yarim o‘tkazgichli mikrosxemalarda ish kuchlanishi o‘lchamlarining kamayishiga proporsional ravishda kamaymaydi); yuqori zichlikdagi tokda o‘tkazgichlarda ishonchlilikni pasaytiruvchi elektromigratsiyaga bog‘liq.
Materiallarning asosiy xossalari (issiqlik, magnit, optikaviy) dan foydalanib, har xil sxemalar va tuzilmalar uchun bo‘lgan bu cheklanishlar yo‘qotiladi. Elektronikaning bunday yo‘nalishi funksional mikroelektronika deyiladi.
Funksional mikroelektronika usullari yordamida ulangan asboblar uzluksiz muhitlar (bunda odatdagi sxemaning elementiga ekvivalent bo‘lgan bitta ham lokal sohani ajratib bo‘lmaydi); tashqi muhit energiyasining yutilishidan foydalanuvchi diskret uzluksiz muhitlar; katta funksional imkoniyatlarga ega bo‘lgan. Xar xil elementlarda kilingan diskret tuzilmalar bo‘lishi mumkin.
P’ezoelektr rezonatorlar, manfiy qarshilikka ega bo‘lgan tuzilmalar va b. Oddiy funksional asboblarga misol bo‘lishi mumkin.
Hozirgi vaqtda funksional mikroelektronikada bir nechta yo‘nalish mavjud: optoelektronika, akustoelektronika, magnitoelektronika, krioelektronika, xemotronika, zaryad bog‘lanishli asboblar, Gann asboblari.

Adabiyotlar:

1)K.P.Bogorodiskiy, V.V.Pasinkov, “Elektrotexnicheskiy materiali”1985g

2)I.Xolikulov,M.M.Nishonova”Elektron texnika materiallari“ Toshkent shark 2006y
3)N.V.Nikulin, V.A.Nazarov ”Radiomateriallar va komponentlar “ Toshkent