3. Эркин заряд ташувчиларнинг мувозанат ҳолатдаги концентрацияси.
Yarimo'tkazgichlar
Oʻtkazuvchanligi jihatidan metall va dielektriklar orasidagi moddalar boʻlib, oʻz fizik xususiyatlarini turli tashqi taʼsirlar (masalan yoritish, isitish va hokazo) natijasida keng intervalda oʻzgartira olish xususiyatigaega. Yarimoʻtkazgichlar elektronika va mikroelektronikada juda keng qoʻllanilib, zamonaviy elektr jihozlarning deyarli hammasi - kompyuterlardan tortib to uyali aloqa telefonlarigacha barchasi yarimoʻtkazgichli texnologiyaga asoslangan. Eng keng qoʻllaniladigan yarimoʻtkazgich modda kremniy boʻlib, boshqa moddalar ham keng qoʻllaniladi.
P-n birikmasi - bu har xil o'tkazuvchanlik turidagi ikkita yarimo'tkazgichlar aloqa qiladigan nuqtada hosil bo'ladigan nozik mintaqadir. Bu yarimo'tkazgichlarning har biri elektr neytraldir. Asosiy shart shundaki, bitta yarimo'tkazgichda asosiy zaryad tashuvchilar elektronlar, ikkinchisida teshiklar bo'ladi.
O‘tkazgichlarda ko‘plab miqdordagi erkin elektronlar bo‘lib, ularning yo‘naltirilgan harakati tufayli tok o‘tkazuvchanligi yuzaga keladi. Yarim o‘tkazgichlarda esa erkin elektronlarning soni kam. Yarim o‘tkazgichlarda valentli elektronlarning o‘z atomlari bilan bog‘lanib turishi, ya’ni ularning erkin bo‘lmasligi bilan bu holat tushuntiriladi. Yarim o‘tkazgichlarning yana bir o‘ziga xos xususiyati shundan iboratki, ularga tashqi tomondan ta’sir ko‘rsatish, ya’ni qizdirish, nurlantirish va aralashmalar qo‘shish hisobiga tok hosil qilish va ularni keng chegaralarda o‘zgartirish mumkin. Bu yarim o‘tkazgichlardagi valentli elektronlarning energiyasini oshishiga sabab bo‘ladi. Ushbu energiya hisobiga valentli elektronlar o‘z atomlaridan ajralib chiqadi va berilgan kuchlanish ta’sirida yo‘naltirilgan xarakatga kelishadi, ya’ni tok tashuvchilar yuzaga keladi.
Qanchalik yarim o‘tkazgichning harorati yuqori yoki intensiv ravishda nurlantirish amalga oshirilsa, shunchalik unda erkin elektronlar soni ko‘p, natijada yarim o‘tkazgichda tokning miqdori ham yuqori bo‘ladi. Buning natijasida yarim o‘tkazgichda elektron elektr o‘tkazuvchanlik yoki p-tipidagi* o‘tkazuvchanlik yuzaga keladi. Erkin elektronlar yarim o‘tkazgichning o‘z atomiga tegishli bo‘lganligi bois, bunday elektr o‘tkazuvchanlik – xususiy o‘tkazuvchanlik deb ataladi.
Yarim o‘tkazgich xususiy o‘tkazuvchanligi paytidagi elektronlar va teshiklarning harakat sxemasi
Elektronlarini yo‘qotgan yarim o‘tkazgich atomlari musbat zaryadlangan ionlarga aylanishadi. Ushbu atomlar o‘z joylarida mustahkam turgan holda harakatlanisha olishmaydi. Atomning tashqi orbitasida elektron ketgan joy – teshik deb ataladi. Bu joyni qo‘shni atomni tashlab ketgan boshqa bir elektron egallashi mumkin. Shu tarzdagi elektronlarning saqrashi hisobiga qo‘shni atomda ham teshik paydo bo‘ladi, ya’ni u musbat zaryadlangan zarracha ionga aylanadi.
* p – lotincha «negativus» so‘zining birinchi harfidan olingan bo‘lib, manfiy ma’nosini bildiradi, chunki elektron – manfiy zaryadlangan zarracha hisoblanadi.
* n - lotincha «pozitivus» so‘zining birinchi harfidan olingan bo‘lib, musbat ma’nosini bildiradi, chunki teshik – musbat zaryadlangan ionni hosil bo‘lganligini bildiradi.
Atomlari yarim o‘tkazgichlarni erkin elektronlar bilan ta’minlovchi aralashmalar donorli* aralashmalar deb ataladi. Yarim o‘tkazgich atomlariga nisbatan kichik valentlikka ega bo‘lgan aralashma atomlari o‘zlariga elektronlarni qo‘shib olish xususiyatiga ega. Bunday aralashmalar akseptor** aralashmalar deyiladi.
*Donor – lotincha «donare» so‘zidan olingan bo‘lib, sovg‘a qilish, berish ma’nolarini bildiradi.
*Akseptor - lotincha «akseptare» so‘zidan olingan bo‘lib, qabul qilish, olish ma’nolarini bildiradi.
Yarim o‘tkazgichlarda tokning berilgan kuchlanishga chiziqli bo‘lmagan bog‘liqligi, yarim o‘tkazgichning xarakterli xususiyati hisoblanadi, ya’ni bu paytda tok I kuchlanish U ga nisbatan sezilarli darajada tezroq o‘sadi (6-rasm). Shu bilan birgalikda tok I oshishi bilan yarim o‘tkazgichning elektr qarshiligi R kamayadi.
Yarim o‘tkazgichda tok va qarshilikning berilayotgan kuchlanishga bog‘liqlik grafigi
Kuchlanishni +U dan –U ga o‘zgartirganda tok yarim o‘tkazgichda teskari yo‘nalishda harakatlanadi va 7-rasmda ko‘rsatilgan qonun bo‘yicha o‘zgaradi. Demak, yarim o‘tkazgich simmetrik bo‘lgan voltamper xarakteristikasiga ega ekan.
Yarim o‘tkazgichning simmetrik volt-amper xarakteristikasi
Yarimoʻtkazgichlar — elektr tokini yaxshi oʻtkazuvchi moddalar (oʻtkazgichlar, asosan, metallar) va elektr tokini amalda oʻtkazmaydigan moddalar (dielektriklar) orasidagi oraliq vaziyatni egallaydigan moddalar. Mendeleyev davriy sistemasida II, III, IV, V va VI guruhlarda joylashgan koʻpchilik elementlar. ularning bir qator birikmalari yarimo'tkazgichlar jumlasiga kiradi. Ya.da ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik elektronlarning harakati tufayli yuzaga keladi. Biroq elektronlarning harakatlanish sharoitlari metallar va Ya.da turlicha boʻladi. Ya. quyidagi asosiy xususiyatlarga ega: Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi temperatura koʻtarilishi bilan ortib boradi (mas, temperatura 1 K ga ortganda Ya.ning solishtirma oʻtkazuvchanligi 16—17 marta ortadi); Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligida erkin elektronlardan tashqari atom bilan bogʻlangan elektronlar ham ishtirok etadi (baʼzi hollarda bogʻlangan elektronlar asosiy rol oʻynaydi); sof Ya.ga oz miqdorda qoʻshilma kiritib, uning oʻtkazuvchanligini keskin oʻzgartirish mumkin (mas, 0,01% qoʻshilma kiritilganda Ya. ning oʻtkazuvchanligi 10000 marta ortib ketadi).
O'tkazgichlar, yarim o'tkazgichlar, izolyatorlar Elektronni valent zonadan o'tkazish zonasiga o'tkazish uchun tashqaridan malum energiya berish kerak. Elektron turg'un holatdan (to'ldirilgan holatga) . erkin holatga (o'tkazish zonasiga) o'tishda yengish kerak bo'lgan man qilingan zonani kengligi qattiq jismlarni metallar, yarim o'tkazgichlar va izolyatorlarga ajratishning asosiy mezonlaridan biridir. Bunga keltirilgan sxemalardan osongina ishonch hosil qilish mumkin. Zonalarning elektronlar bilan to'ldirilganligi va man qilingan zonaning kengligiga qarab to'rtta guruhga bo'lishi mumkin. Eng yuqori zona elektronlar bilan qisman to'ldirilgan, ya'ni unda bo'sh sathlar mavjud. Bu holda elektron juda kam energiya olganda ham shu zonaning yuqoriroq energetik sathiga o'tishi, ya'ni erkin bo'lib, tok o'tkazishda ishtirok etishi mumkin. Demak, qattiq jismda qisman to'ldirilgan zona mavjud bo'lsa, bu jism elektr tokini o'tkazadi.
Замонавий электроника қурилмалари ярим ўтказгичли материаллардан тайёрланади. Ярим ўтказичлар кристалл, аморф ва суюқ бўлади. Ярим ўтказгичли техникада асосан кристалл ярим ўтказгичлар (1010 асосий модда таркибида бир атомдан ортиқ бўлмаган киритма монокристаллари) қўлланилади. Одатда ярим ўтказгичларга солиштирма электр ўтказувчанлиги металлар ва диэлектриклар оралиғида бўлган ярим ўтказгичлар киради (уларнинг номи ҳам шундан келиб чиқади). Хона температурасида уларнинг солиштирма электр ўтказувчанлиги 10-8дан 105гача См/м (метрга Сименс)ни ташкил этади. Металларда =106-108 См/м, диэлектрикларда эса
Замонавий электроника қурилмалари ярим ўтказгичли материаллардан тайёрланади. Ярим ўтказичлар кристалл, аморф ва суюқ бўлади. Ярим ўтказгичли техникада асосан кристалл ярим ўтказгичлар (1010 асосий модда таркибида бир атомдан ортиқ бўлмаган киритма монокристаллари) қўлланилади. Одатда ярим ўтказгичларга солиштирма электр ўтказувчанлиги металлар ва диэлектриклар оралиғида бўлган ярим ўтказгичлар киради (уларнинг номи ҳам шундан келиб чиқади). Хона температурасида уларнинг солиштирма электр ўтказувчанлиги 10-8дан 105гача См/м (метрга Сименс)ни ташкил этади. Металларда =106-108 См/м, диэлектрикларда эса
=10-8-10-13 См/м. Ярим ўтказгичларнинг асосий хусусияти шундаки, температура ортган сари уларнинг солиштирма электр ўтказучанлиги ҳам ортиб боради, металларда эса камаяди.
Ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги ёруғлик билан нурлантириш ва ҳатто жуда кичик киритма миқдорига боғлиқ. Ярим ўтказгичларнинг хоссалари қаттиқ жисм зона назарияси билан тушунтирилади.
Ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги ёруғлик билан нурлантириш ва ҳатто жуда кичик киритма миқдорига боғлиқ. Ярим ўтказгичларнинг хоссалари қаттиқ жисм зона назарияси билан тушунтирилади.
Ҳар бир қаттиқ жисм кўп сонли бир-бири билан кучли ўзаро таъсирлашаётган атомлардан таркиб топган. Шу сабабли бир бўлак қаттиқ жисм таркибидаги атомлар мажмуаси ягона тузилма деб қаралади. Қаттиқ жисмда атомлар боғлиқлиги атомнинг ташқи қобиғидаги электронларни жуфт бўлиб бирлашишлари (валент электронлар) натижасида юзага келади. Бундай боғланиш ковалент боғланиш деб аталади.
Атомдаги бирор электрон каби валент электрон энергияси W ҳам дискрет ёки квантланган бўлади, яъни электрон энергетик сатҳ деб аталувчи бирор рухсат этилган энергия қийматига эга бўлади. Энергетик сатҳлар электронлар учун таъқиқланган энергиялар билан ажратилган. Улар таъқиқланган зоналар деб аталади. Қаттиқ жисмларда қўшни электронлар бир-бирига жуда яқин жойлашганлиги учун, энергетик сатҳларни силжиши ва ажралишига олиб келади ва натижада рухсат этилган энергетик зоналар юзага келади. Энергетик зонада рухсат этилган сатҳлар сони кристалдаги атомлар сонига тенг бўлади. Рухсат этилган зоналар кенглиги одатда бир неча электрон – вольтга тенг (электрон – вольт – бу 1В га тенг бўлган потенциаллар фарқини енгиб ўтган электроннинг олган энергияси). Рухсат этилган зонадаги минимал энергия сатҳи туби (Wc), максимал энергия эса шипи (Wv) деб аталади.
Атомдаги бирор электрон каби валент электрон энергияси W ҳам дискрет ёки квантланган бўлади, яъни электрон энергетик сатҳ деб аталувчи бирор рухсат этилган энергия қийматига эга бўлади. Энергетик сатҳлар электронлар учун таъқиқланган энергиялар билан ажратилган. Улар таъқиқланган зоналар деб аталади. Қаттиқ жисмларда қўшни электронлар бир-бирига жуда яқин жойлашганлиги учун, энергетик сатҳларни силжиши ва ажралишига олиб келади ва натижада рухсат этилган энергетик зоналар юзага келади. Энергетик зонада рухсат этилган сатҳлар сони кристалдаги атомлар сонига тенг бўлади. Рухсат этилган зоналар кенглиги одатда бир неча электрон – вольтга тенг (электрон – вольт – бу 1В га тенг бўлган потенциаллар фарқини енгиб ўтган электроннинг олган энергияси). Рухсат этилган зонадаги минимал энергия сатҳи туби (Wc), максимал энергия эса шипи (Wv) деб аталади.
