|
27.5 Yarim o’tkazgichlarning xususiy elektr o’tkazuvchanligi
Elektr
o’tkazuvchanligi
bo’yicha
metallar
bilan
dielektriklar
oralig’idagi
jismlar guruppasi mavjudki,
ularni yarim o’tkazgichlar
deb
ataladi.
Yarim
o’tkazgichlarni
ikki
gruppaga ajratiladi. Tarkibi
faqat bir xil atomlardan
iborat yarimo’tkazgichlarni
elementar o’tkazgichlar deyiladi. Bunga B, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se, Ti, J lar
kiradi. Ikkinchi gruppa yarim o’tkazgichlarga ikki yoki undan kuproq atomlardan
tuzilgan birikmalar kiradi. Bu gruppaning tipik vakillari sifatida D. I. Mendeleev
jadvalining uchinchi va beshinchi gruppa elementlarining birikmalari InAs, GaP,
GaSb, AlSb va boshqalarni ko’rsatish mumkin.
Zamonaviy texnikada eng ko’p qo’llaniladigan yarim o’tkazgichlar
germaniy va kremniydir. Bu elementlar davriy jadvalning IV gruppasiga oid, ya’ni
bu elementlar atomlarining eng chetki (valent) kobigi to’rttadan elektron bor. Bu
elementlarning kristallari kovalent bog’lanishga ega. Kovalent bog’lanish shunday
ximiyaviy bog’lanishki, bundakristall panjaraning tugunlarida joylashgan har ikki
qo’shni atomning bittadan valent elektroni birgalikda bu ikki qo’shni atom uchun
umumiy bo’lgan elektron jufti vujudga keladi. Barcha valent elektronlar kovalent
bog’lanishda qatnashgan sof yarim o’tkazgich kristalli izolyator bo’ladi, ya’ni
elektr tokni o’tkazmaydi. Lekin biror ta’sir natijasida kristallning ayrim
27.5-rasm
427
qismlaridagi kovalent bog’lanish buzilishi mumkin. Masalan, kristallni qizdirganda
yoki uni yoritganda yarim o’tkazgich atomining kovalent bog’lanishdagi
elektronlarning issiqlik harakat energiyasi ham ortadi. Elektronning issiqlik harakat
energiyasi sof yarim o’tkazgichdagi kovalent bog’lanishni buzishga yetarli bo’lib
qolganda, bu elektron o’z o’rnini tashlab kristall bo’ylab harakat kila boshlaydi.
Odatda energiyaning bu qiymatini aktivlash energiyasi deb ataladi. Elektron
bushagan joyni teshik deyiladi. Teshik kvazi zarra bo’lib, uning atrofida
kristallning elektroneytralligi buziladi. Bu yerda manfiy zaryad yetishmaganligi
uchun teshikning zaryadini musbat deb qabo’l qilish kerak, albatta. Shunday qilib,
sof yarim o’tkazgichning biror joyida kovalent bog’lanishning buzilishi natijasida
elektron va teshik vujudga keladi. Buni, odatda, elektron teshik vujudga keldi
deyiladi. Agar elektron teshik bilan uchrashsa, u teshik atrofida musbat zaryadni
neytrallaydi. Natijada elektron kovalent bog’lanish ishtirokchisiga aylanib qoladi.
Bu prosessda (bu prosess rekombinatsiya deyiladi) elektron va teshik yo’qoladi.
Demak, sof yarim o’tkazxgichlarda elektron va teshik birgalikda ya’ni juft bo’lib
vujudga keladi yoki yo’qoladi. Energetik sathlar sxemasida elektronn – teshik
juftining vujudga kelishiga taqiqlangan zonaning energetik kengligi ( W) dan
kattarog qo’shimcha energiya olgan valent zonadagi biror elektronning
o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishi mos keladi (27.5-rasm). Rekombenatsiya
prosessida esa, aksincha, o’tkazuvchanli zonasidagi elektron valent zonadagi bo’sh
energetik sathni egallaydi.
Elektr maydon ta’sida butun kristall bo’ylab elektronlar maydon
kuchlanganligiga teskari, teshiklar esa maydon kuchlanganligi yo’nalishida
(teshikning zaryadi musdab ekanligini unitmang) harakatga keladi. Bu prosessga
sathlar sistemasidagi quyidagi manzara mos keladi. O’tkazuvchanlik zonasidagi
elektron elektr maydon ta’sirida qo’shimcha energiya olib yuqoriroq energetik
sathga kuchadi. Teshik esa aksincha, quyiroq sathga kuchadi.
428
Elektr maydon ta’sirida valent zonadagi elektron ham yuqoriroq bo’sh
energetik sathga ko’tariladi, natijada shu elektronning o’rni bo’sh qoladi. Bu bo’sh
sathga yanada quyiroq energetik sathdagi elekron ko’tarilishi tufayli «bo’sh urin» –
teshik quyiriok sathlar tomon kuchadi. Yuqorida bayon etilgan elektr
o’tkazuvchanlik mexanizmi faqat sof yarim o’tkazgichlar uchun xos bo’lib, uni
xususiy elektr o’tkazuvchanlik deyiladi. Tabiyki, elektr o’tkazuvchanlikning
qiymati yarim o’tkazgichlarda tok tashuvchilar vazifasini bajaruvchi elektronlar va
teshiklarning konsentratsiyasiga bog’liq bo’ladi.
Ularning konsentratsiyasi kristall temperaturasiga
nihoyatda darajada bog’liqdir. Masalan, aktivlash
energiyasi 1eV temperaturada elektron – teshik
juftlarning konsentratsiyasi n
10
10
sm
-3
bo‘lar
ekan.
Agar
shu
yarim
o’tkazgichning
temperaturasini 200 K gacha pasaytirilsa n (10
20) sm·-3
bo’ladi. Shuning uchun, bunday past temperaturalarda sof
yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi nihoyatda past bo’li, dielektriklarga
yaqin bo’ladi. Aksincha, xuddi shu yarim o’tkazgichni 1100 K qizdirganimizda
elektron – teshik juftining konsentratsiyasi n 10
19
sm
-3
gacha ortadi. Shunday
qilib, yarim o’tkazgichlarning xususiy elektr o’tkazuvchanligi temperaturaga
proporsional ravishda orta boradi. (27.6-rasm) Qarshilik esa aksincha kamayib
boradi. Qarshilikning temperaturaga bog’liqligi
rT
W
l
Т
2
0
qonun bo’yicha o’zgaradi. Bu ifodada
W — taqiqlangan zonaning
energetikkengligi
0
va
T
lar esa mos ravishda 0 va T dagi solishtirma qarshilik.
Odatda, metallarning temperaturasi, 1 gradusga o’zgarganda ularning
qarshiligi taxminan 0, 3 % ga o’zgaradi. Yarim o’tkazgichlarda esa bu o’zgarish
3 6 % ni tashkil etadi, ya’ni metallarnikiga karaganda 10–20 marta katta. Yarim
o’tkazgichlarning bu xususiyati, ya’ni ularning qarshiligining temperatura
27.6-rasm
429
koeffitsienti nihoyatda katta qiymatlarga ega bo’lishi termoqarshiliklar (yoki
oddiygina, termistorlar) deb ataladigan qurilmalarda ishlatiladi.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
