Berdaq nomidagi qoraqalpoq davlat universiteti fizika kafedrasi radioelektronika

III Bob.

YARIMO’TKAZGICHLI ASBOBLAR

3.1. Qattiq jismlarning elektr o’tkazuvchanligi
Qattiq jismlar o’zlarining elektr o’tkazuvchanlik xususiyatlariga qarab o’tkazgichlar dielektriklar va yarimo’tkazgichlarga ajratiladi.

O’tkazgichlar qatoriga matallar va elektr o’tkazuvchanligi 10⁵-10⁶ Om^-1 sm^-1 bo’lgan materiallar kiradi.

Elektr o’tkazuvchanligi 10 ^-10-10 ^-15 Om^-1 sm^-1 tartibida bo’lgan jismlar dielektriklar yoki izolyatorlar qatorini tashkil qiladi. Yarimo’tkazgichlar qatoriga esa, elektr o’tkazuvchanligi 10 ⁵-10 ¹⁰ Om^-1 sm^-1 bo’lgan hamma materiallar kiradi.

Demak, yarimo’tkazgichlar elektr o’tkazuvchanligi qiymat jihatidan metallar bilan dielektriklar elektr o’tkazuvchanligining oralig’iga to’g’ri keladigan moddalar ekan.

Yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanlik xossalari metallarnikidan sifat jihatdan farq qiladi.

Ular quyidagicha:

а) o’z miqdoridagi aralashmaning o’tkazuvchanlikka kuchli ta’sir etishi;

b) o’tkazuvchanlik xarakteri va darajasining temperaturaga bog’liqligi;

c) o’tkazuvchanlikning tashqi kuchlanishga kuchli bog’liqligi.

Yarimo’tkazgich materiallarga kimyoviy elementlar- germaniy va kremniy , kimyoviy birikmalar- metal oksidlari (oksidlar), oltinko’mir birikmalari (sulfidlar), selen birikmalari (selenidlar) va boshqalar kiradi.Buzlar shulardan sof yarimo’tkazgich material germaniy (yoki kremniy)ning ayrim xossalari bilan tanishib chiqamiz. Uning tashqi electron qobig’ida 4 valent electron bor. Bu elektronlarning har biri qo’shni 4 atom bilan juft electron bog’lanishda bo’ladi, ya’ni kovalent bog’lanishini hosil qiladi. Har bir atomning qobig’I 8 elektron bilan to’lgani uchun u kuchli bo’ladi.

Germaniy (yoki kremniy) kristalining bunday bog’lanishida bo’lishini uni dielektrik deb qarash kerakligini ko’rsatadi va absolyut nol temperaturada bi fikr to’liq bo’ladi.

Qulaylik uchun bog’lanishga kiruvchi har bir elektron bir to’g’ri chiziq kesmasi bilan yozsak, kristallning har bir atomi qo’shni to’rt atom bilan sakkiz chziq bilan tutashgan bo’ladi (3.1-rasm). Bu kristallda erkin electronlar yo’qligini aniq ko’rsatadi. Ularni hosil qilish uchun (chiziqni uzish uchun)	3 .1-rasm. Kovalent bog’lanishning shartli belgisi

Tashqi energiya berish kerak. Uni turli amalga oshirish mumkin. Masaln, kristallni qizdirish , yorug’lik nurini ta’sir ettirish va boshqalar.

Faraz qilaylik, kimyoviy sof germaniy kristali yetarli energiyaga ega bo’lgan zararlar bilan bombardimom qilinayotgan bo’lsin. Bu holda bog’lanish energiyasidan katta ebergiya olgan elektronlar bog’lanishini uzib, erkin elektronga aylanadi va o’z o’rnidan uzoqlashadi (3.2-сүўрет).

3.2-rasm. Elektron-kovak juftining hosil bo’lish modeli.

Bunda atomning elektr jihatidan neutralligi buziladi va zaryadi electron zaryadiga teng bo’lgan musbat zaryad ortib qoladi. Bog’lanishdan chiqqan electron bir vaqtda ikki atomning qisman ionlanishi vujudga keladi. Bunda hosil bo’ladigan musbat zaryad boglanishida elektron yetishmovchiligi- bog’lanish yetishmovchiligi (defekti) ni ko’rsatadi. Uni kovak deb ataydi.

Kovak-vakant (bo’sh) o’rin bog’lanishidagi qo’shni electron yoki ozod bo’lgan erkin electron hisobga to’dirilsa, atomning elektr neytralligi tiklanadi. Agar kovak qo’shni bog’lanishdagi elektronning siljishi hisobiga to’lsa, ko’chish o’rnida ya’ni kovak vujudga keladi.

Umuman olganda, bog’lanishdagi elektronning bog’lanish defekti o’rniga o’tish uzoq vaqt ichida yuz beradi va tartibsiz-xaotik xarakterga ega.

Agar yarimo’tkazgich kristali elektr maydonga joylashtirilganda,bog’lanish uzib chiqqan electronlar manbaning musbat qutbi tomon ko’cha boshlaydi va electron tokini hosil qiladi. Bu holda bog’lanish defektlarning ko’chishi va yo’nalganlik xarakteriga ega bo’ladi, ya’ni kovaklar manbaning manfiy qutbi tomon harakatlanadi va kovak toki hosil bo’ladi. Shuni yodda tutish kerakki, kovak toki elektronlar hsobiga bog’langan elektronlarning bir o’rindan ikkinchi o’ringa o’tishi hisobiga vujudga keladi. Shuning uchun kovaklarning ko’chishi uzlukli bo’ladi. Biroq qulaylik uchun kovaklar elektronlar kabi erkin tok tashuvchilar deb atalib, harakati uzluksiz deb qaraladi.

Kovak toki ion tokidan tubdan farq qiladi. Shuning uchun ion toki hosil bo’lishida elektrolitga ionlashgan atom yoki molekula bir joydan ikkinchi joyga ko’chadi va ma’lum miqdordagi moddani olib o’tadi. Kovak toki hosil bo’lishida esa , atomlar ko’chmay o’z o’rnida qoladi. Ularda navbat bilan ionlashish vujudga keladi.

Shunday qilib, kimyoviy sof yarimo’tkazgich kristalida electron kovak juftining hosil bo’lishi asosida ikki xil o’tkazuvchanlik-elektron va kovak o’tkazuvchanligi mavjud bo’lib, ularning miqdori bir-biriga teng.

Yarimo’tkazgichning electron o’tkazuvchanligi n- tur o’tkazuvchanlik (manfiy so’zidan olingan), kovak o’tkazuvchanligi esa, p-tur o’tlazuvchanlik (positive-musbat so’zidan olingan) deb ataladi. Ular birgalikda yarimo’tkazgichning xususiy o’tkazuvchanligi deb ataladi.

Yuqorida ko’rib chiqilgan o’tkazuvchanlikni hosil qilish usuli ratsional emas.Shuning uchun amalda o’tkazuvchanlik turlaridan biri yo electron, yo kovak o’tkazuvchabligi asosiy qilib olinadi. Uni sof germaniy (yoki kremniy) kristaliga begona modda qo’shib qotishma tayyorlash yo’li bilan amalga oshiriladi. Kiritiladigan begona moddaning miqdori asosiy kristal miqdoriga bog’liq juda oz bo’ladi. Misollar ko’ramiz.

(а) (b)

3.3-rasm. Elektron(а)va kovak (b) o’tkazuvchanligining hosil bo’lish modeli.
Faraz qilaylik Germany kristaliga besh valentli mishyak elementi kiritilsin. Bunda birikma ichidagi mishyak tugunlari hosil bo’ladi. Uning o’rta valent elektroni qo’shni germaniy atomlari bilan bog’lanish hosil qilib, beshinchisi sust bog’langan bo’lib qoladi Бунда бирикпе ишиндеги маргимуш тугунлари ҳәм ҳасыл болады. (3.3 а-rasm).

Uni bog’lanishdan uzish uchun kam energiya talab qilinadi va hatto uy haroratida ham uni erkin electron deb qarash mumkin.Bunda mishyak tugunidan (atomidan) elektronning uzoqlashishi uni misbat ionga aylantiradi, lekin uni kovak deb qarash mumkin emas. Shuning uchun kristal panjarada u mustahkam bog’lanishda bo’ladi va koak kabi qo’sholmaydi.

Mishyakning musbat ioni harakatdagi erkin electron bilan rekombinatsiyalanishi mumkin. Lekin u electron tokening miqdoriga deyarli ta’sir qilmaydi

Shunday qilib, ko’rgan misolimizda electron o’tkzuvchanligi asosiy, kovak o’tkazuvchanligi esa, asosiy bo’lmagan o’tkazuvchanlik bo’ladi. Asosiy o’tkazuvchanlikdagi electron o’tkazuvchanlikdan iborat bo’lgan kristal n tur kristal yoki yarimo’tkazgich deyiladi. Mishyakka o’xshash o’z valent elektronlarini bog’lanishga beruvchi begona element donor modda yoki oddiy dodnor deb ataladi.

Ikkinchi misolimizda germaniy kristaliga uch valentli bor (B) elementi kiritilsin. Bunda bor atomi qo’shni to’rt germaniy atomi bilan birikkanda bir bog’lanish o’rni yetmay qoladi (3.3 б-rasm). Elektr jihatdan hosil bo’lgan zaryad yetishmovchiligi neytral hisoblanadi. Lekin tashqi issiqlik energiyasi ta’sirida bu deffektga qo’shni germaniy kristallidan bog’langan electron ko

‘chib o’tishi mumkin. Bunda Bor atomi manfiy ionga aylanib, electron ko’chgan o’rnida kovak hosil bo’ladi. Shuning uchun hosil bo’lgan asosiy o’tkazuvchanlik-kovak o’tkazuvchanligi bo’lib, electron o’tkazuvchanligi asosiy bo’lmaydi.

Asosiy o’tkazuvchanligi kovak o’tkazuvchanlik bo’lgan yarimo’tkazgich p-tur yarimo’tkazgich deb ataladi. Uni hosil qiluvchi begona modda akseptor deyiladi.