|
16-Mavzu: Yarimo’tkazgichlarni elektrofizik xususiyatlari (1-qism)
Zamonaviy elektronika qurilmalari yarim o‘tkazgichli materiallardan tayyorlanadi. Yarim o‘tkazichlar kristall, amorf va suyuq bo‘ladi. Yarim o‘tkazgichli texnikada asosan kristall yarim o‘tkazgichlar (1010 asosiy modda tarkibida bir atomdan ortiq bo‘lmagan kiritma monokristallari) qo‘llaniladi. Odatda yarim o‘tkazgichlarga solishtirma elektr o‘tkazuvchanligi metallar va dielektriklar oralig‘ida bo‘lgan yarim o‘tkazgichlar kiradi (ularning nomi ham shundan kelib chiqadi). Xona temperaturasida ularning solishtirma elektr o‘tkazuvchanligi 10-8dan 105gacha Sm/m (metrga Simens)ni tashkil etadi. Metallarda =106-108 Sm/m, dielektriklarda esa =10-8-10-13 Sm/m. Yarim o‘tkazgichlarning asosiy xususiyati shundaki, temperatura ortgan sari ularning solishtirma elektr o‘tkazuchanligi ham ortib boradi, metallarda esa kamayadi. Yarim o‘tkazgichlarning elektr o‘tkazuvchanligi yorug‘lik bilan nurlantirish va hatto juda kichik kiritma miqdoriga bog‘liq. Yarim o‘tkazgichlarning xossalari qattiq jism zona nazariyasi bilan tushuntiriladi.
Har bir qattiq jism ko‘p sonli bir-biri bilan kuchli o‘zaro ta’sirlashayotgan atomlardan tarkib topgan. Shu sababli bir bo‘lak qattiq jism tarkibidagi atomlar majmuasi yagona tuzilma deb qaraladi. Qattiq jismda atomlar bog‘liqligi atomning tashqi qobig‘idagi elektronlarni juft bo‘lib birlashishlari (valent elektronlar) natijasida yuzaga keladi. Bunday bog‘lanish kovalent bog‘lanish deb ataladi.
Atomdagi biror elektron kabi valent elektron energiyasi W ham diskret yoki kvantlangan bo‘ladi, ya’ni elektron energetik sath deb ataluvchi biror ruxsat etilgan energiya qiymatiga ega bo‘ladi. Energetik sathlar elektronlar uchun ta’qiqlangan energiyalar bilan ajratilgan. Ular ta’qiqlangan zonalar deb ataladi. Qattiq jismlarda qo‘shni elektronlar bir-biriga juda yaqin joylashganligi uchun, energetik sathlarni siljishi va ajralishiga olib keladi va natijada ruxsat etilgan energetik zonalar yuzaga keladi. Energetik zonada ruxsat etilgan sathlar soni kristaldagi atomlar soniga teng bo‘ladi. Ruxsat etilgan zonalar kengligi odatda bir necha elektron – voltga teng (elektron – volt – bu 1V ga teng bo‘lgan potensiallar farqini yengib o‘tgan elektronning olgan energiyasi). Ruxsat etilgan zonadagi minimal energiya sathi tubi (Wc), maksimal energiya esa shipi (Wv) deb ataladi.
16.1-rasmda yarim o‘tkazgichning zona diagrammasi keltirilgan. Ta’qiqlangan zona kengligi Wt yarim o‘tkazgichning asosiy parametri bo‘lib hisoblanadi.
16.1 – rasm. Yarim o‘tkazgichning zona diagrammasi
Yarimo‘tkazgichlarda taqiqlangan zona kengligi deb ataluvchi Wg parametr eng muhim parametr hisoblanadi. Temperatura ortishi bilan taqiqlangan zona kengligi kamayib boradi.
Elektronikada keng qo‘llaniladigan yarim o‘tkazgichlarning ta’qiqlangan zona kengliklari Wt (eV) quyidagiga teng: germaniy uchun – 0,67, kremniy uchun – 1,12 va galliy arsenidi uchun -1,38.
Dielektriklarda ta’qiqlangan zona kengligi Wт 2 eV, metallarda esa ruxsat etilgan zonalar bir – biriga kirib ketgan bo‘ladi, ya’ni mavjud emas.
Yuqoridagi ruxsat etilgan zona o‘tkazuvchanlik zonasi deb ataladi, ya’ni mos energiyaga ega bo‘lgan elektronlar, tashqi elektr maydoni ta’sirida yarim o‘tkazgich hajmida harakatlanishlari mumkin. Bunda ular elektr o‘tkazuvchanlik yuzaga keltiradilar. O‘tkazuvchanlik zonasidagi biror energiyaga mos keladigan elektronlar o‘tkazuvchanlik elektronlari yoki erkin zaryad tashuvchilar deb ataladilar. Quyidagi ruxsat etilgan zona valent zona deb ataladi.
Absolyut nol temperaturada (0 K) yarim o‘tkazgichning valent zonasidagi barcha sathlar elektronlar bilan to‘lgan, o‘tkazuvchanlik zonasidagi sathlar esa elektronlardan xoli bo‘ladi. Absolyut noldan farqli temperaturalarda yarimo‘tkazgichda elektron – kovak juftliklarining generatsiya va rekombinatsiyasi hamda kiritmalar atomlarining ionlashuvi va neytrallashuvi sodir bo‘ladi. Bunda elektronlar W energiyali u yoki bu energetik sathlarni egallaydilar. Muvozanat holatda (T=const) o‘tkazuvchanlik elektronlari va kovaklarining o‘zgarmas konsentratsiyalari yuzaga keladi.
16.2-rasmda metall, yarimo‘tkazgich va dielektrikning T= 0 Kdagi zona diagrammalari keltirilgan.
Metallarda o‘tkazuvchanlik zonasi valent zonasiga kirishib ketgan bo‘ladi. Dielektriklarda esa ta’qiqlangan zona kengligi bir necha elektron- voltni (elektron – volt, bu elektron 1 V potensiallar farqidan olgan energiyasi) tashkil etadi. Eng keng qo‘llaniladigan yarim o‘tkazgichlarning taqiqlangan zona kengligi 0,5(2,5 eV ni tashkil etadi.
16.2 - rasm. Metall, yarimo‘tkazgich va dielektrikning T= 0 Kdagi zona diagrammalari
Energetik sathlarning egallanganlik xolati kristallarning elektr o‘tkazuvchanligida namoyon bo‘ladi. Tashqi man’ba hisobiga kristallda elektr tokni yuzaga keltirish uchun elektr maydon hosil qilinadi. Bu maydon elektronlarni tezlatadi va ularni energiyasini oshiradi. Zona diagrammasi tilida bu jarayon elektronlarni qo‘zg‘atilishi deyiladi. Bunda elektronlar dastlabki egallab turgan energetik sathidan zonaning boshqa yuqoriroq sathiga ko‘chadi. Elektronlar bilan butkul to‘lgan zonadagi elektronlar o‘z energiyalarini o‘zgartira olmaydilar va shu sababli elektr toki hosil qilishda ishtirok eta olmaydilar. Demak, T=0 K da yarim o‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligi nolga teng
Do'stlaringiz bilan baham: | 
