Elektrotexnika materiallari

Oddiy elektron yarim o’tkazgichlar

Element	Mendeleyev jadvalidagi guruhi	Ta’qiq zonasining kengligi, eV	Element	Mendeleyev jadvalidagi va guruhi	Ta’qiq zonasining kengligi, eV
Bor	III	1,10	Oltingugurt	VI	1,50
Kremniy	IV	1,2	Selen	VI	1,70
Germaniy	IV	0,7	Tellur	VI	0,36
Fosfor	V	1,50	Yod	VII	1,25
Mishyak	V	1,20

¹³⁴ Callister,William D., Materials science and engineering: an introduction, 7th ed.p.cm/ - Printed in the United States of America/ John Wiley & Sons, Inc.- 2007. 463-bet.

0. 
   Yarim o’tkazgichning o’tkazuvchanligi
   

Jism o’z agregat holatini o’zgartirganda atomlarning energetik holatlari tashqi ta’sir orqali bir-biriga nisbatan siljiydi va ko’p miqdordagi energetik zonalar vujudga keladi. Dielektrik, yarim o’tkazgich va o’tkazgichlarning energetik diagrammalari bir-biridan keskin farq qiladi. Bu farq ulardagi ta’qiq zonalarining o’lchami bilan belgilanadi. Har bir jismning atomi o’zining aniq spektr chizig’iga ega. Turli atomlar o’zining aniq energetik holatiga ega bo’lib, ular bir energetic holatdan ikkinchisiga o’tganda kvant chiqaradi yoki yutadi. Agar atom katta energetik holatdan kichikrog’iga o’tsa, u o’zidan energiya ajratib chiqaradi va nurlanish sodir bo’ladi, aksincha bo’laganida esa, atom energiyani yutadi.
Shunday qilib, atom tashqi energetik ta’sir orqali o’z holatini o’zgartiradi.
Yarim o’tkazgichlarning ta’qiq zonalari o’tkazgich va dielektriklarning ta’qiq zonalari oralag’ida joylashib, mazkur zona ancha kichik va yengib o’tish uchun ma’lum darajali energetik ta’sir yetarlidir. Agar tashqi ta’sir etayotgan maydon energiyasi ta’qiq zonadagi elektronlarning energiyasi darajasiga yetsa, yarim o’tkazgichlarda elektr o’tkazuvchanlik sodir bo’ladi.
To’latilgan (valent) zonadan elektron ketishi bilan uning o’rnida teshik hosil bo’ladi va bu teshik ekvivalent musbat zaryad sifatida maydon yo’nalishi bo’yicha siljiydi. Bu siljish elektronlarning maydonga teskari harakati natijasida ro’y berib, teshiklar siljiyotgan elektronlar bilan to’latiladi. Harorat ortishi bilan yarim o’tkazgichda ozod elektronlar soni ko’paya boradi, harorat mutloq nolga yaqinlashganda esa ularning soni nolgacha kamayadi. Agar yarim o’tkazgichda ozod elektron umuman bo’lmasa (T=OK), elektr potensiali ta’sir etgani bilan undan tok o’tmaydi.
Elektronlarning ozod holatga o’tishi uchun sarf qilinadigan energiyani faqat issiqlik harakati orqali emas, balki nur, elektronlar oqimi, yadro zarralari, elektr va magnit maydonlari, mexanik ta’sir orqali ham yuzaga keltirish mumkin. O’tkazuvchanlik zonasi qoidasiga asosan, har bir atomning aniq energetik sathi bo’lib, unda elektronlar joylashadi. Sath gorizontal chiziq ko’rinishida ifodalanadi. Bunda energiya qancha katta bo’lsa, chiziq shuncha balandroq joylashadi, va
aksincha. Elektronlar qora nuqtalar bilan belgilanib, ular quyi energetik sathda joylashadi. Elektron yuqori sathga o’tishi uchun atomga qo’shimcha miqdorda energiya (kvant nuri, issiqlik va hokazo) ta’sir ettirilishi kerak.
O’zaro birikib, qattiq, jism hosil qilgan ko’pgina atomlar bir-biriga ta’sir etishi natijasida ularning elektron sathi biroz siljiydi va oqibatda jismning energetik sath zonalari hosil bo’ladi. Elektronlar bilan to’latilgan zona ozod zona bilan birlashib (yoki kesishib), elektronlarning ozod zonaga to’xtovsiz o’tishini va jismda yuqori elektr o’tkazuvchanlikni ta’minlaydi.
Dielektriklarda elektronlar bilan to’latilgan zona va ozod zonalar orasida katta energetik to’siq bo’lib, mazkur to’siq elektronlarning ozod (o’tkazuvchan) zonaga o’tishiga halaqit beradi. Faqat katta elektr maydoni (E=E_T) ta’siridagina elektronlarning bir qismi ozod zonaga o’tishi natijasida dielektrikda o’tkazuvchanlik sodir bo’lishi mumkin. Yarim o’tkazgichlarda energetik to’siq kichik bo’lib, uni yengish uchun uncha katta bo’lmagan energiya talab etiladi. Ozod elektronlar miqdori va yarim o’tkazgichning o’tkazuvchanligi unga ta’sir ettirilgan energiya miqdoriga bog’liq bo’ladi. Mazkur energiya elektronlarning to’siqni yengib, ozod zonaga o’tishiga yordam beradi.
Qo’llanayotgan aksariyat yarim o’tkazgichlar ta’qiq zonasining kengligi (0,8- 4,0)-10^-19J, yoki 0,5-2,5 eV ga teng. Ular valent zonalarining sathlari elektronlar bilan to’latilgan bo’lib, ma’lum harorat (T) ta’sirida o’tkazuvchan zonaga bir necha elektron o’tadi va zonada o’shancha teshik hosil bo’ladi. Natijada, har bir g’alayonlantirishda yarim o’tkazgichda bir vaqtning o’zida qarama-qarshi ishorali ikkita zaryad hosil bo’ladi. Bu holda zaryad eltuvchilarning umumiy soni o’tkazuvchan zonadagi elektronlar sonidan ikki marta ko’p bo’ladi:
n_oi = p_oi ; n_oi + p_oi = 2n_oi .
Solishtirma o’tkazuvchanlik quyidagicha bo’ladi:
 = eu_oi u_n + ep_oi u_p
bunda: u_n , u_p – mos ravishda elektron va teshikning siljituvchanligi.
G’alayonlantirish va rekombinatsiya jarayonlari natijasida jismda (istalgan haroratda) g’alayonlantirilgan eltuvchilar (elektronlar yoki teshiklarning muvozanatlashgan miqdori qaror topadi:

ⁿoi
 2N_o
exp(
^W ) ;
2kT

^poi

 2N_u

exp(
^W ),

2kT

bunda: W- yarim o’tkazgich ta’qiq zonasi; N_B – ozod (o’tkazuvchan) zonadagi yarim o’tkazgichning hajm birligidagi energetik zonadagi yarim o’tkazgichning hajm birligidagi energetik sathlar soni; N_B – valent zonasidagi, xuddi shuningdek sathlar soni; 2 raqami N oldidagi har bir sathda ikkita elektron bo’lishini ko’rsatadi. Elektronlarning siljituvchanligi (u_p) teshiklarning siljuvchanligi (u_p) dan ancha katta bo’ladi, shuningdek, ularning effektiv massalari ham bir-biridan farq qiladi. Shu bois yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi elektron harakterga moyil bo’ladi.¹³⁵

0.