|
27.4 Energetik zonalarni elektronlar bilan to’ldirilishi
Izolyatsiyalangan atomlardagi energetik sathlarni elektronlar to’la ishg’ol
423
etgan, qisman ishg’ol etgan yohud ishg’ol etmagan bo’lishi mumkin edi.
izolyatsiyalangan atomdagi energetik sathga mos ravishda kristallda energetik zona
vujudga kelayapti. Lekin, ayrim hollarda zonalarning energetik shkala bo’yicha
joylashish tartibi izolyatsiyalangan atomdagi energetik sathlarning joylashish
tartibiga mos kelmasligi ham mumkin. Xususan, izolyatsiyalangan atomdagi
quyiroq energetik sathni ajralishi tufayli kristallda vujudga kelgan energetik zona
yuqoriroq energetik sathni ajralishi tufayli kristallda vujudga kelgan energetik
zonadan teparoqda joylashishi mumkin. Bunday hollarda zonalarni elektronlar
bilan to’ldirilishi izolyatsiyalangan atomdagi sathlarni elektronlar tomonidan
ishgol etilishiga mos kelmasligi mumkin. Buning sababi — elektronlar
energiyaning kichikroq qiymatilariga mos keladigan zonalarni to’ldirishga
intilishidir. Kristalldagi zonalarning sathlari Pauli prinspiga asosan, ikkitidan ortiq
elektron joylashishi mumkin emas. Bu elektronlarning spinlari qarama – qarshi
yo’nalgan bo’ladi. Zonalardagi energetik sathlar elektronlar tomonidan to’la yoxud
qisman ishgol etilgan hollarda bu zonalarni mos ravishda to’ldirilgan yoxud
qisman to’ldirilgan zonalar deb, energetik sathlarini elektronlar ishgol etmagan
zonalarni esa bo’sh zonalar deb ataladi.
Izolyatsiyalangan atomning quyiroq energetik sathdagi elektron qo’shimcha
energiya olgan hollarda yuqoriroq bo’sh energetik sathga o’tishi kerak edi. bunday
o’tishlar kristallda qisman to’ldirilgan zonaning quyiroq sathdan yuqoriroq sathi
tomon amalga oshishi mumkin. Bu o’tishlarda elektron sath oralig’iga mos
keluvchi qo’shimcha energiyani kristall panjaraning issiqlik tebranishlardan yoki
kristallda vujudga keltirilgan tashqi elektr maydon ta’sirida olishi mumkin.
Shuningdek, kristallda elektron quyiroq ruxsat etilgan zonadan yuqoriroq ruxsat
etilgan zonaga ham o’tishi mumkin. Bu holda yuqori ruxsat etilgan zonada bo’sh
energetik sath bo’lishi va elektron taqiqlangan zonaning energetik kengligiga teng
qo’shimcha energiya olishi kerak.
Qattiq jismdagi ko’pchilik jarayonlar valent elektronlarning holatiga bog’liq
bo’lganligi uchun, odatda kristalldagi energetik zonalarni ifodalashda
soddalashtirilgan energetik sxemadan foydalaniladi.
424
27.3-rasm
27.4-rasm
Soddalashtirilgan
energetik
sxemada valent elektronlar tomonidan
ishgol etilgan zona (valent zona) va
bu zonaga eng yaqin bo’lgan ruxsat
etilgan zona (bo’sh zona) ifodalanadi,
xalos.
Valent
zonadagi
energetik
sathlar elektronlar tomonidan kqanchalik ishgol etilganligi va taqiqlangan
zonaning energetik kengligi
W ga bog’liq ravishda quyidagi to’rt hol amalga
oshadi.
Valent zonadagi energetik sathlarning bir qismini elektronlar ishgol etgan
bo’lsa (27.3–rasmdagi qisman to’ldirilgan zona),
elektronlarning shu zonadagi quyiroq
sathdan
yuqoriroq
sathga
ko’tarilishiga imkoniyat mavjud. Bu
o’tish
uchun
kerak
bo’ladigan
qo’shimcha
energiya
elektronlar
kuchsizgina elektr maydon tomonidan
berilishi mumkin. Binobaran, qisman
to’ldirilgan zonadagi elektronlar elektr o’tkazuvchanlikda qatnashadi. Shuning
uchun bunday zona o’tkazuvchanlik zonasi deb ataladi. Mazkur xususiyatga ega
bo’lgan qattiq jismlar — metallardir.
Ba’zi qattiq jismlarda (masalan, Mg, Ca kabi ishkoriy er elementlarining
kristallarida valent zona va bo’sh zona ustma ust tushadi (27.4–rasm). Masalan,
berilliy kristallida 2s valent zona 2p bo’sh zona bilan ustma- ust tushadi. Natijada
birlashgan 2s — 2p zona vujudga keladi. 2s valent zonadagi (2l +1)N =(2*1 +1)N
=N energetik sathda 2N dona elektron joylashishi mumkin. 1r bo’sh zonadagi (2l
+1)N =(2*1 +1)N =3N energetik sathda 2*3N =6N elektron joylashishining
425
imkoniyati bor. Binobaran, birlashgan 2s—2r zonada 2N+6N =8N joylashish
imkoniyatiga ega. Vaholanki, bu birlashgan zonada faqat 2N mavjud va ular
quyiroq sathlarni (bu sathlar qaysi zonalarga taallukli ekanligidan kat’i nazar)
egallaydi. Shuning uchun birlashgan zona qisman to’ldirilgan zonaga o’xshaydi va
tashqi elektr maydon ta’sirida birlashgan zonadagi elektr o’tkazuvchanlikda
qatnashadi. Yuqorida bayon etilgan ikki holni umumlashtirib quyidagi xulosaga
kelamiz:
Valent zonadagi sathlari elektronlar bilan qisman to’ldirilgan yoki valent va
bo’sh zonalari ustma ust tushkan qattiq jismlar metal deb ataladi.
Metal bo’lmagan aksariyat qattiq jismlarda valent zonadagi barcha energetik
sathlarni elektronlar band etgan bo’ladi. Shuning uchun elektron yuqoriroq
energetik sathga ko’tarilishi lozim bo’lsa, faqat bo’sh zonadagi energetik sathga
ko’tarilishi kerak. Buning uchun elektr maydon ta’sirida elektron erishayotgan
qo’shimcha energiya taqiqlangan zonaning energetik kengligi
W dan katta
bo’ladi. Demak, u holda qattiq jismning xossalari taqiqlangan zonaning energetik
kenligi bilan aniqlanadi.
Agar
W yetarlicha katta bo’lsa, elektr maydon ta’sirida yoki issiqlik
harakati energiyasi tufayli elektronlar valent zonadan bo’sh zonaga o’ta olmaydi,
ya’ni elektronlar valent zonada o’z urinlaridan kuzgalmaydi. Bunday jismlarni
izolyatorlar yoki dielektriklar deb ataladi.
Agar W unchalik katta bo’lmasa, qattiq jismning temperaturasi yetarlicha
yuqori bo’lganda (masalan, xona temperaturasi) issiqlik harakati energiyasi tufayli
valent zonadagi elektronlarning bir qismi bo’sh zonadagi energetik sathlarga
ko’tarilishga kodir bo’ladi. Bu elektronlar elektr maydon ta’sirida ham bo’sh
zonaning yuqoriroq energetik sathlarigat ko’tarilishi mumkin. Shuning uchun, bu
holda bo’sh zonani o’tkazuvchanlik zonasi deb atash maksadga muvofiqdir.
Bunday jismlar yarimo’tkazgichlar deb ataladi.
Shartli ravishda, valent zonasi elektronlar bilan butunlay to’lgan jismlar
taqiqlangan
zonasining
energetik
kenligi
W<3
eV
bo’lganlarini
426
yarimo’tkazgichlar deb, aksincha W>3 eV bo’lganlarini dielektriklar deb atash
mumkin.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
