2-Ma’ruza. Reja: Kondensatsiya. Kondensatsiyalangan muhitlar

Yarimo'tkazgichlarda elektronlar va kovaklar. Qattiq jismdagi atomlar atom radiusi tartibidagi masofada joylashganligi sababli, qo'shni atomlarning elektron qatlamlari bir-biri bilan qo’lanadi va elektronlar atomdan atomga o'tishiga imkoniyat ‘aydo bo’ladi. Masalan, oddiy kremniy yarimo'tkazgichda, barcha atomlar neytral holatda va bir-biri bilan kovalent bog'lanishda - ikkita elektron har bir juft qo'shni atom o'rtasidagi bog'lanishga ega. Atomlarga bog'langan bunday elektronlar elektr o'tkazuvchanligida qatnashmaydi. O’tkazuvchanlik yuzaga kelish uchun qizdirish, fotonni yutulishi va hokazolar natijasida kamida bitta bog’lanishni uzish orqali elektronni kristallda erkin harakatlana olishini ta’minlash zarur. Bunday elektron kristall bo’ylab erkin harakatlanishi mumkin, u elektr o'tkazuvchanlikda ishtirok etadi va o'tkazuvchanlik elektroni deyiladi. Uzilgan bog’lanish bir juft atomdan qo’shnisiga o'tishi va kristal bo'ylab harakatlanishi mumkin. Elektroni bo’lmagan bunday bog’lanish atom yoki juft atomlarda uzilgan bog’lanish bilan birga ko’chuvchi musbat zaryadga ega ekanligini anglatadi. Musbat zaryadga ega bog’lanish kovak o'tkazuvchanligi deyiladi.
Energetik zonalar. Yarimo'tkazgichlarda zaryad tashuvchilarning tabiati va ularning harakat qonunlari qattiq jismlarning kvant nazariyasi yordamida tasvirlanadi. Yarimo'tkazgichlarning zonalar strukturasini asosiy qoidalari quyidagilardir:
1. Yarimo'tkazgichlardagi elektronlar aniq belgilangan energiyaga ega – ruxsat etilgan energetik zonalar deb ataladigan elektronlarning to’la energiyasini diskret sohalar tashkil qiluvchi ma’lum energetik sathlarni egallaydi. Ruxsat etilgan zonalar taqiqlangan energetik zona deb ataluvchi, elektronlar eg bo’lishi mumkin bo’lmagan energetik oraliq bilan ajratilgan.
2. Elektronning energetik holati energiya va kvaziim’uls bilan tavsiflanib, ma’lum im’ulsli fazo sohasi bilan cheklangan, Brillyuen zonalari deb ataladigan oralida har qanday qiymatlarni qabul qiladi. Brillyuen zonalarining shakli va o'lchamlari kristalning simmetriyasi va uning atomlar o’rtasidagi masofalari bilan aniqlanadi.
3. Haroratning mutlaq nolida elektronlar energiyaning minimal bo'lgan ‘ast darajalarini egallaydi. ‘auli ‘rintsi’iga ko'ra, har bir energetik holatda bitta elektron mavjud bo'lishi mumkin. Shuning uchun, yarimo'tkazgichdagi elektronlar kontsentratsiyasiga bog’liq ravishda bir necha ‘astki sathlarni to'ldiradi, yuqorida joylashgan sathlar esa bo'sh qoladi.
Ruxsat etilgan sathlarning to’ldirilgan yuqorisi valent zona, to’ldirilmagan eng quyi sath esa o'tkazuvchan zona deb ataladi. T> 0 K da, issiqlik harakat ba'zi valent bog’lanishlarni uzilishiga olib keladi va elektronlar valent zonadan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tadi va u yerda erkin zaryad tashuvchiga aylanadi. Valent zonada zaryad tashuvchi kovak ‘aydo bo'ladi. Zaryad tashuvchilar - elektronlar va kovaklar, odatda, nisbatan tor energiya hududlarida to'‘langan: elektronlar - o'tkazuvchanlik zonasining ‘astki qismida ga yaqin, kovaklar esa - valent zonaning yuqori qismi yaqinida. Erkin elektron massaga ega, ammo aynan shu elektron massasi dan farq qiladigan massali zarracha kabi harakat qiladi, shuning uchun zaryad tashuvchi elektronlar va kovaklari effektiv massa bilan tavsiflanadi, ularning qiymati esa bir xil emas, ya'ni zaryad tashuvchilarning harakat yo'nalishiga bog'liqdir. Turli yarimo'tkazgichlarda elektronlar va kovaklarning effektiv massalari erkin elektronning 0,01 dan 100 massasiga o'zgaradi.