Электронлар ва ковакларнинг энергиялар быйича та=симоти

Ярим ўтказгичларда киришмалар


Режа:

1. 
   Киришмалар тўғрисида тушунча
   
2. 
   Киришмаларнинг турлари
   
3. 
   Киришмаларнинг энергиявий холатлари
   
4. 
   Киришмаларнинг ярим ўтказгич хоссасига таъсири.
   
5. 
   Хулоса
   

Кристалл панжарасидаги ёт атомлар (киришмалар) панжара нуқсонлари жумласигакиради, аммо кристалл хоссалар (хусусан, электр хоссалари) ни аниқлашда уларнинг аҳамияти ниҳоятда муҳим бўлганлиги сабабидан киришмалар тўғрисидаги энг зарурий маълумотларни алоҳида бобдан баён қилиш маъқулдир.

Киришмалар ўзининг тутган ўрни ва бажарадиган вазифаларига қараб бир неча турларга бўлинади.
Киришма атомлар кристалл панжарасида ёки тугунлардаги асосий атомлар ўрнига ўтириб олади (бундай киришмалар жами ўринбосар қаттиқ эиртма дейилади), ёки улар панжара тугунлари орасига жойлашиб олади (бундай киришмалар суқилиш қаттиқ эритма дейилади). Бу икки ҳолни икки омил-геометрик ва электро-кимёвий омиллар аниқлайди. Ўринбосар киришмалар ҳосил бўлиши учун киришма атом радиусининг асосий атом радиусидан фарқи 15% дан ошмаслиги керак. Яна бир шарт шуки, асосий ва киришма атомлар электрокимёвий жиҳатдан ўхшаш бўлиши зарур, атомнинг сиртқи (валент) қобиғидаги электронлар сони асосий сиртқи қобиғи электронлари сонига тенг ёки яқин (1) бўлиши керак.
Суқилиш киришмалари ҳосил бўлиши учун киришма атом радиусининг асосий атом радиусига нисбати 0,59 дан кичик бўлиши керак. Миқдорий шартлар тажриба йўли билан топилган шартлардир.
Ҳар бир киришма атом ўзи турган жой атрофида панжара даврийлигини бузади ва электрон (ковак) учун маҳаллий сатҳлар ҳосил қилади, бу сатҳлар киришмалар зичлиги унча катта бўлмаганда, тақиқланган зонада жойлашган бўлади.


Ярим ўтказгичларга киришмалар киритиш усуллари.

Ярим ўтказгичларга киришмалар киритиш йўли билан уларнинг электр ўтказувчанлигини ва бошқа хоссаларини ўзгартириш мумкин. Бунинг бир неча усуллари ишлаб чиқилган.

Ярим ўтказгич монокристалини суюлмалардан ҳосил қилиш жараёнида суюлмаган исталган киришма моддаларни киритилади. Бунда монокристалл ҳажмида киришмаларнинг текис тақсимланишини таъминлайдиган чоралар амалга оширилади.
Биз бу ерда электроника соноатида кенг қўлланиладиган киришмалар киритиш усуллари тўғрисида қисқача маълумот берамиз.
Диффузия усули билан киришмалар киритиш усули. Бу усулда махсус идишларга ярим ўтказгич кристали, у билан бирга киритиладиган модданинг маълум миқдори ҳам жойланади. Сўнг диффузия печида юқори (кристалл эриш температурасидан паст) температурагача қиздирилади, киришма модда буғланади ва унинг атомлари кристалл ичига диффузияланиб кира боради. Бу киришма атомлар, юқорида айтилган шароитга қараб, ё атомлардан бўшаб қолган тугунларга ёки тугунлар орасига жойлашиб олади. Масалан, кремнийга фосфорни тахминан 1200⁰С температурада диффузияланади, чунки кремнийнинг эриш температураси тахминан 1410⁰С бўлганлиги учун у ўзининг қаттиқ ҳолатини сақлайди, аммо иссиқлик ҳаракати кучайишидан вакансиялар кўпайиб кетади, фосфор ва кремний атомлари радиуслар бир-бирига яқин бўлганлиги учун фосфор атомлари кремний кристали тугунларига жойлашиб, ўринбосар киришма ҳосил қилади.
Ионлар киритиш усули. Дастлаб киритиладиган киришма атомлари ионлаштирилади, сўнгра бу ионларни катта кучланишли (бир неча киловольт чамасида) электр майдонда тезлантирилади, шунда улар кристалл пластинасига кириб оладиган бўлади (кристаллга кирган ионлар зичлиги тақсимоти 1- расмда тасвирланган). Пластина эса хона темпеатурасида ёки ундан бир оз юқорироқ температурада тутиб турилади. Бу усул, ионлар токини ва нурлаш вақтини назорат қилиш эвазига, киритилаётган киришмани аниқ ҳамда такрорланувчи миқдорда киритиш, ионларнинг кириш чуқурлигини тайинлаш ва бошқа бир қанча афзалликларга имкон беради.
Киришманинг ионлари ярим ўтказгич кристалл панжарасига кира бориб, ўз энергиясини йўқота боради, бу йўқотиш икки кўринишда амалга ошади. Киритилган ион кристалл панжараси тугунидаги атомга урилиб, уни ўз жойидан тугунлар орасига кўчириб, Френкель нуқсонини ҳосил қилиши, кўчирилган атом, агар иондан катта энергия олса, Яна бошқа атомларни ўз тугунидан уриб чиқариши мумкин. Бундай ҳол ядровий (эластик) тўқнашишлар ҳоли дейилиб, ионнинг йўлида тузилиши бузилган соҳалар кластерлар (ўлчами (5-10)10^-7см) вужудга келади. Ионлар оқими етарлича катта бўлганида кластерлар қўшилишиб, макроскопик аморф соҳалар ҳосил қилиши ҳам мумкин.
Иккинчи ҳолда ион кристалл атомларининг электронлари билан ўзаро таъсирлашади ва ўз энергиясини атомларни ионлаш ёки ғалаёнлашга сарфлайди. Бу ҳол электронлар билан (ноэластик) тўқнашишлар дейилади.
Эпитаксия усули. «Эпитаксия» атамаси бундан ярим асрдан ҳам олдин маълум йўналишда ўстириш жараёнини белгилаш учун киритилган (юнонча: «эпи»-устига, «таксис»-тартибли ўрнатиш демакдир).
«Таглик-ўсаётган кристалл фазаси» тизимида ўзаро таъсир табиати бўйича эпитаксия жараёнининг автоэпитаксия (гомоэпитаксия), генероэпитаксия, хемоэпитаксия, реотаксия деб аталадиган турлари бор. Автоэпитаксия таглик ва ўстириладиган қатлам айнан бир хил моддадан иборат ҳолдаги жараёндир. Генероэпитаксия таглик ва ўстириладиган қатлам турли моддалардан иборат ҳолни билдиради. Бу икки жараёнда тасирлашмайди. Аммо, хемоэпитаксияда янги кристалл фазаси қатлами тагликнинг унга келиб тушаётган (дастлабки фазасидан) модда билан кимёвий ўзаро таъсири эвазига ҳосил бўлади. Реотаксия жараёнида танликнинг тузилиши ўсадиган кристалл фазаси тузилишидан фарқ қилиши мумкин.
Газ-тарнспорт (буғ фазали) эпитаксия ҳолида ўтказиладиган модда дастлаб газ (буғ) ҳолатида бўлади ваш у ҳолатда у тагликка етиб боради.

Электронлар ва ковакларнинг энергиялар бўйича тақсимоти. Электронлар ярим стинли зарралар бўлганлиги учун улар Ферми-Дирак статистикасига бўйсинади. Яъни электроннинг Т температурада Е энергияниҳолатда бўлиши эҳтимоллигини ушбу

Ферми тақсимоти функцияси ифодалайди бундаги F солиштирма термодинамика потенциал электро-ктмёвий потенциал ёки Ферми сатҳи каби номлар билан аталган статистика параметри. Уни текширилаётган намунанинг электронейтроллик шарти асосида топилади. Ўтказувчанлик электронейтроллик шарти асосида топилади. Ўтказувчанлик зонасидаги электронлар зичлиги (1 см³ даги сони) етарлича кам бўлганда электронлар газини сийрак (айнамаган) газ деб қараш мумкин. Бу ҳолда деб хисоблаш мумкин. Шунинг учун Ферми талимоти яъни ифода

кўринишга келади. бу эса классик физиканинг Максвелл-Больцман тақсимоти функциясидир.