3-ma’ruza. Yarimo’tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchilar. Yarimo’tkazgichlarda nuqsonlar va ularning turlari reja

3. Erkin zaryad tashuvchilarning erkin yugurish yo’li
Yarimo’tkazgichga tashqi maydon berilmaganda erkin elektronlar istalgan yo’nalishda tartibsiz harakat qiladi. Elektrik maydon E ta’sir etganda esa elektron maydon bo’ylab yo’nalgan tezlanish va qo’shimcha tezlik oladi, bundat_s-tezlanish vaqti. Agar t_s istagancha katta bo’lganda elektronning tezligi Du cheksiz o’sib boravergan bo’laredi. Biroq, bu holat faqat atomlari o’z joyida tinchturgan ideal kristall panjaralarda amalga oshishi mumkin. Aslida esa real kristallardagi davriy maydon, birinchidan, atomlarning issiqlik harakatlari, ikkinchidan, kristall panjaradagi turli nuqsonlarta’siri sababli buzilgan bo’ladi.
Shulartufayli elektron, o’z yo’lining faqatqisqa qismidagina erkinyura oladi, so’ngra boshqa atom yoki nuqsonlar bilanto’qnashib tezlanishi va tezligini yo’qotadi. Elektronning tezlanisholishi yangidan boshlanadi.
Ana shul_nyo’l elektronning erkinyugurish yo’li deb ataladi. t_e-vaqt erkin yugurish vaqti deyiladi:
(9)
buyerda, u-elektronning to’qnashishlar orasidagi tezligi. Tajriba ko’rsatadiki, l_n odatda juda kichik, ya’ni~10^-5 sm atrofida. Shuning uchun elektronning bu masofada E maydon ta’sirida olgan qo’shimcha tezligiuning issiqlik harakati tezligiu₀ ga qaraganda juda kichik. Shu sababli (9) formulada u ning o’rniga u₀ ni qo’yish mumkin:
(10)

4. 
   Erkin zaryad tashuvchilarning harakatchanligi
   

Harakat tezligini deyarli yo’qotgan elektron E elektrik maydon ta’sirida Du qo’shimcha tezlik olsa, u holda elektronning maydon bo’ylab harakatidagi o’rtachatezligi:
(11)
bu yerda,
(12)
elektronning harakatchanligi deyiladi. Ya’ni, elektronning kuchlanganlik kattaligi 1 V/sm bo’lgan maydonda olgan tezligi elektronning harakatchanligi deb ataladi. Bu ifodadan ko’rinishicha, erkin zaryad tashuvchining harakatchanligiuning samaraviy massasiga teskari mutanosib bo’lib, o’lchov birligi sm²×V^-1 ×s^-1 ga teng.
Xuddi yuqoridagidek, kovak uchun ham harakatchanlik ifodasini yozishimiz mumkin:
(13)
Erkin zaryad tashuvchilarning harakatchanligi kristall panjaraning xossalariga, unda kirishmalarning bor yoki yo’qligi va temperaturaga bog’liqdir.
Xona temperaturasida elektronlarning harakatchanligi kremniyda 1350 sm²×V^-1×s^-1, germaniyda esa 3900 sm²×V^-1×s^-1 ga teng. Temperatura ortishi bilan kristall panjaradagi atomlarning issiqlik tebranishlari ko’payishi tufayli elektronlarning sochilishi ham kuchayadi, harakatchanligi esa kamayadi.
Tajribadan quyidagi munosabatlar topilgan:
, kremniy uchun,
, germaniy uchun.
Kirishmalar kontsentratsiyasi uqadar yuqori bo’lmaganda, (10¹⁵ -10¹⁶ sm^-3 atrofida) ular harakatchanlikka sezilarli ta’sir ko’rsatmaydi. Bundan yuqoriroq kontsentratsiyalarda esa, kirishmalar harakatchanlikni susaytiradi. Kovaklarga kelsak, ularning xona temperaturasidagi harakatchanligi kremniyda 430 sm²×V^-1×s^-1, germaniyda esa 1900 sm²×V^-1×s^-1. Temperatura ortishi bilan kovaklar harakatchanligi elektronlarnikiga qaraganda keskinroq kamayadi:
, kremniy uchun,
, germaniy uchun.
Hozirgi zamon texnikasida ishlatiladigan yarimo’tkazgichlar orasida erkin zaryad tashuvchilarining harakatchanligi eng yuqori bo’lganlari bu-GaAs va JnSb kristallaridir. Ularda elektronlarning harakatchanligi 9×10⁵sm²×V^-1×s^-1 gacha boradi.