2-Маъруза. ЯримўТКАЗГИЧЛАРНИНГ ЭЛЕКТРОФИЗИК ХОССАЛАРИ Яримўтказгичларда контакт ходисалари. Режа

2-Маъруза. ЯРИМЎТКАЗГИЧЛАРНИНГ ЭЛЕКТРОФИЗИК ХОССАЛАРИ ЯРИМЎТКАЗГИЧЛАРДА КОНТАКТ ХОДИСАЛАРИ.


Режа:

1. 
   Қаттик жисм зоналар назарияси элементлари. Хусусий ва легирланган яримўтказгичлар энергетик зоналари.
   
2. 
   Яримўтказгичларда эркин заряд ташувчилар статистикаси. Яримўтказгичлар электр утказувчанлиги. Яримўтказгичдаги токлар.
   
3. 
   Эркин заряд ташувчиларнинг мувозанат ҳолатдаги концентрацияси. Номувозанат заряд ташувчилар.
   
4. 
   р-n ўтишнинг тешилиш турлари. р-n ўтишнинг электр параметрлари. Металл-яримўтказгич ўтишлар. Гетероўтишлар.
   

2.1. Қаттик жисм зоналар назарияси элементлари. Хусусий ва легирланган яримўтказгичлар энергетик зоналари.
Биполяр транзистор ихтиро қилингандан (1948 йил) буён яримўтказгичлар электроникаси деб аталувчи соҳа тез суръатлар билан ривожлана бошлади. Иссиқлик таъсирида яримўтказгичдаги валент электронларнинг маълум қисми эркин заряд ташувчиларни юзага келтириши мумкин. Яримўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги ёруғлик оқими, зарралар оқими, киритмалар концентра-цияси градиенти, электр майдон ва бошқалар таъсирида ҳам ўзгариши мумкин. Яримўтказгичларнинг бу хоссасидан турли вазифаларни бажарувчи диодлар, транзисторлар, термисторлар, фоторезисторлар, варикап ва бошқа яримўтказгич асбоблар тайёрлашда фойдаланилади.
Электр ўтказувчанлик, яъни электр кучланиш таъсирида моддалардан электр ток ўткиши унинг электр майдонга нисбатан асосий хусусиятини белгилайди. Бу катталик қиймат жиҳатдан Ом қонунининг дифференциал кўриниши бўлиб, солиштирма электр ўтказувчанлик билан баҳоланади:
(2.1)
бу ерда, – ток зичлиги вектори, – электр майдон кучланганлиги вектори.
Электр ўтказувчанлик электр майдон ёки киритмалар концентрацияси градиенти таъсирида эркин заряд ташувчилар (ЭЗТ) ҳаракати ҳисобига амалга ошади.
Яримўтказгичда бир вақтнинг ўзида турли масса ва ишорага эга бўлган ЭЗТлар мавжуд бўлиб, улар электр майдон таъсирида турли тезлик ка эга бўладилар. Шунинг учун электр токи зич-лиги қуйидаги ифода билан аниқланади:
(2.2)
бу ерда, – ЭЗТлар концентрацияси, – уларнинг заряди.
Яримўтказгич материаллар кристалл, аморф ва суюқ ҳолатда бўлиши мумкин. Яримўтказгичлар техникасида асосан, кристалл яримўтказгичлар (асосий модданинг 10¹⁰ атомига биттадан ортиқ бўлмаган киритмалар атоми тўғри келувчи монокристалл) ишлатилади. Солиштирма электр ўтказувчанлиги бўйича металлар билан диэлектриклар оралиғида жойлашган моддалар яримўтказгичларга киради. Хусусий, яъни киритмасиз яримўтказгичлар электр ўтказувчанлиги нинг температурага боғлиқлиги хусусий концентрация нинг температурага боғлиқлиги билан аниқланади. Кремний учун нисбий хусусий ўтказувчанликнинг температурага боғлиқлик графиги / = f (1/T) 2.1-расмда ярим логарифмик масштабда кўрсатилган. Амалиёт учун таълуқли бўлган температура диапазонида (-60 ÷ +125 ⁰С) кремнийнинг хусусий ўтказув-чанлиги 5 тартибга ўзгариши 2.1 а-расмдан кўриниб турибди. Тақиқланган зона кенглиги кремнийникига нисбатан тор бўлган материалларда (масалан, германийда) нинг нисбий ўзгаришлари ки-чикроқ, нинг қийматлари эса сезиларли катта бўлади.

а) б)

2.1 – расм. Хусусий (а) ва легирланган (б) кремний нисбий солиштирма ўтказувчанлигининг температурага боғлиқлиги ( ва - +20 ⁰С).

Хона температурасида яримўтказгичларнинг солиштирма электр ўтказувчанлиги 10^-8÷10⁵ См/м (сименс тақсим метр)ни, металларда =10⁶÷10⁸ См/м, диэлектрикларда эса =10^-8÷10^-13 См/мни ташкил этади. Яримўтказгичларда солиштирма электр ўтказувчанлик температура ортиши билан ортади, металларда эса камаяди. Яримўтказгичлар электр ўтказувчанлиги ёритилганликка ва киритмалар концентрациясига боғлиқ (2.1 б - расм).

(2.2) ва (2.1)ларни солиштириб,
(2.3)
эканини топамиз.
Шундай қилиб, ни ва унинг киритмалар концентрацияси ҳамда температурага боғлиқлигини аниқлаш учун яримўтказгичда ҳосил бўладиган ЭЗТлар турлари, уларнинг концентрацияси ва электр майдондаги тезлиги каби масалаларни ҳал этиш талаб қилинади. Булар яримўтказгичнинг физик модели деб аталувчи зоналар назарияси асосида тушунтирилади.
Яримўтказгич материаллар тузилиши кимёвий элементлар даврий системаси асосида тушунтирилиши мумкин. Д.И. Менделеев даврий системасининг бир қисми 2.1-жадвалда кўрсатилган. Даврий системанинг IV гуруҳ элементлари қаттиқ ҳолатда моно-атом (содда, элементар) яримўтказгичлардир. Германий ва кремний олмоссимон кристалл панжарага эга бўлиб, уларнинг ҳар бир атоми тасаввурдаги тетраэдр учларида ўзидан баравар узоқликда жойлашган (эквидистант) тўртта қўшни атом билан ўралган.
Даврий кристалл тузилишга эга бўлган бошқа моддалар (монокристаллар) каби, яримўтказгичлар хусусиятлари ҳам қаттиқ жисм зоналар назарияси асосида аниқланади.
Қаттиқ жисм кўп сонли ўзаро таъсирлашувчи атомлар мажмуидан иборат. Шунинг учун бир парча қаттиқ жисмдаги барча атомлар мажмуи ягона тизим сифатида тасаввур этилади. Қаттиқ жисмда атомларнинг ўзаро боғланиши уларнинг валент электронлари жуфтлашиб умумлашиши ҳисобига амалга ошади. Бундай боғланиш ковалент боғланиш деб аталади.
Атомдаги ихтиёрий электрон энергияси каби, валент электрон энергияси W ҳам дискрет ёки квантланган бўлади. У энергетик сатҳ деб аталувчи маълум рухсат этилган энергияга эга бўлади.

2.1-жадвал

Д. И. Менделеев даврий системасининг бир қисми