Fizika fakulteti fizika kafedrasi

Yarim o’tkazgichlar. Agar dielektriklarda ma’n etilgan zonaning kengligi unchalik katta bo’lmasa (masalan taxminan 10kT ga teng bo’lsa), u holda ayrim elektronlar to’liq to’ldirilgan zonadan o’tkazgichlik zonasiga o’tishi mumkin. Bunday holatda valentli zonada teshikchalar , o’tkazgichli zona esa elektronlar bilan egallangan bo’ladi. Tasgqaridan elektr maydoni tushirilganda bunday elektronlar o’tkazgichli zonasida ham, valentli zonada ham qaytadan guruhlasha boshlaydi (4.6-rasmdagidek). Lekin o’tkazgichli zonada elektronlar, valenti zonada esa teshikchalar kam bo’lganligi sababli bunday moddalar elektr tokini nisbatan yomon o’tkazadi.Bunday moddalar yarimo’tkazgichlar deb ataladi.
4.8-rasmda o’tkazgichlardagi, dielektriklardagi va yarimo’tkazgichlardagi energetic zonalarning elektronlar bilan to’ldirilishining sxemasi keltirilgan.

4.8-rasm O’tkazgichlardagi (a), dielektriklardegi (c) va yarimo’tkazgichlardagi (b) energetik zonalarning elektronlar bilan to’ldirilishi

Endi qanday moddalar o’tkazgich,yarimo’tkazgich va dielektrik bo’lishini ko’rib chiqamiz.

Ishqoriy va qimmatbaho metallarning atomlari bir valentli elektronga ega. Ularda eng katta energiyaga ega zonaning yarimi to’ldirilgan. Bu 4.6- va 4.8-a rasmlardagi sxemalarga mos keladi. Bunday metallar elektr tokini yaxshi o’tkazadi.
To’rt valentli uglerod (olmos) to’liq to’ldirilgan valentli zonaga ega. Bu zona bilan o’tkazgichli zona orasidagi masoga taxminan 5eV ni tashkil qiladi. Shuning uchun olmos yaxshi izolyator qatoriga kiradi. Dielektriklarga kiradigan ionli kristallar valentli zonalari to’liq to’ldirilgan atomlardan turadi.
To’rt valentli kremniy bilan germaniy to’liq to’ldirilgan valentli zonaga ega. Bu valentli zona bilan o’tgazgichli zona orasidagi masofa mos ravishda q,2 va 0,7 eV ga teng ( ya’ni xona temperaturalarda taxminan 10kT ni tashkil qiladi). Bunday holatda elektronlar valentli zonadan o’tkazgichli zonasiga o’ta oladi. Shuning natijasidan kremniy bilan germaniy eng ko’p tarqalgan yarimo’tkazgichlar bo’lib hisoblanadi. Temperatura ko’tarilganda germaniyning elektr o’tkazuvchanligi kremniyning elektr o’tkazuvchanligiga nisbatan tezroq ortadi. Sababi germaniyning ta’qiqlangan zonasining kengligi kremniyning ta’qiqlangan zonasining kengligidan kichik.
Ishqoriy yer elementlari ikki valentli elektrona ega. Shunga bog’liq uning zonalari to’liq to’ldirilgan bo’lishi kerak. Lekin bunday metallarda zonalar birining ustiga biri tushadi va natijada “ko’p sonli elektronlar sig’adigan umumiy” zona hosil bo’ladi. Shuning uchun eng katta energiyaga ega zona to’liq to’ldirilmagan, ishqoriy yer elementlari esa o’tkazgichlar bo’lib topiladi.
Yuza molekulyar struktura hosil qiluvchi sistemalarning yana bir turi polimer eritmalar hisoblanadi. Bu polimer-polimer erituvchi sistemasi bo’lib, unda erituvchi muhitda polimer molekulalarining nir-biriga nisbatan harakati, o’zaro birlashibyuza molekulyar tuzilishni hosil qiluvchi va fazaviy o’tishlar amalga oshiriladi. Polimer-erituvchi sistemasi fazalar qoidasiga bo’ysunadi, lekin quyi molekulyar birikmalarga nisbatan o’zining ma’lum xususiyatlari bilan xarakterlanadi:

- polimer-erituvchi sistemaning muvozanatga erishishi sekin amalga oshadi va bu sistemani ortiqcha to’yinishiga yoki fazaviy o’tishida qo’shimcha sovitishiga olib keladi;

- tashkil etuvchilari to’liq aralashmaydigan hollarda suyuq fazada polimer konsentratsiyasi nisbatan shunchalik kam, va aksincha polimer fazada erituvchi yuqori miqdorda bo’ladi;
-fazaviy muvozanat polimerning molekulyar massasiga bog’liq bo’ladi;
-polimer gellari erituvchini nisbatan yuqori miqdorda o’ziga olish xususiyatiga ega bo’ladi.
a) Polimer eritmalarning paydo bo’lishi. Bunday sistemalarni hosil qilish uchun polimer-erituvchining ta’sirlanishi termodinamik tomondan quyidagicha ifodalanishi mumkin:

G H_ar-TS_arx_pH_ppx_pH_pp--H_pr- x_pTS_pp-x_rTS_rr TS_pr (IV.2.2.1)

Bu yerda x_p va x_r – polimer va erituchining molyar ulushi; ar -aralashish (erish); pp-polimer-polimer; pr-polimer -erituvchisi.

Erishda G  0 shart bajariladi, bunda tashkil etuvchilarning tabiatiga bog’liq holda entalpiya miqdori (H_ar) ortishi yoki kamayishi mumkin. Umumiy holda termodinamik parametrlarning o’zgarishiga entropiyaning juda kichik o’zgarishariga muvofiq, erish jarayoni turlicha bo’ladi:

- entalpiyali erish – entalpiyaning o’zgarishi entropiyaning juda kichik o’zgarishlarida (H  0, S  0) amalga oshishini xarakterlaydi. Bu polyuslangan polimerlarning polyuslangan erituvchilarda erishishi;
- entropiyali erish – entropiyaning keskin o’zgarishi va entalpiyaning deyarli o’zgarmasligi (H  0, S >> 0) bilan amalga oshishi mumkin. Bu asosan polyuslangan polimerlarning (egiluvchan zanjirli) polyuslanmagan erituvchilarda erishi deb qaraladi.
Odatta polimerlarning erishi ularning erituvchilarda kuchli botishi bilan baholanadi. Botish va erish jaraayonlarining effektivligi polimerlarning molekulyar tuzilishiga, tarkibiga, zanjirlar bo’ylab funksional guruhlarning joylashishiga, egiluvchanligiga, tarmoqlanganligiga, cheklangan bo’lishiga, yuza molekulyar tuzilishi ko’rinishiga, molekulyar orientatsiyasiga, erituvchining kimyoviy tuzilishi va xususiyatlariga bog’liq bo’ladi.
Amorf polimerlar amorf-kristall polimerlarga tezroq botadi va eriydi.Amorf-kristall va kristall polimerlarning to’liq erishi uchun ularning kristall tuzilishini mukammal tutib turgan bog’lanishlarni uzish - parchalash, ya’ni suyuqlantirish kerak bo’ladi va bu odatda yuqori temperaturalarda amalga oshmaydi. Umuman olganda kristall polimerlarning erishi xona temperaturalarda botishi, kristallarning suyuqlanishi va molekulalarning erituvchi muhitida taqsinlanishi bilan boradi. Bunda polimerni erituvchi bilan mexanik turda effektiv aralashtirib turish va erituvchini tanlash ham ahamiyatli hisoblanadi.
Yuza molekulyar struktura paydo qiluvchi polimer eritmalar-sistemalarni tayyorlash uchun erituvchilarni tanlash uchun bir qator talablar qo’yiladi:
- erituvchi yaxshi eritish xususiyatiga ega bo’lib, optimal sharoitlarda eritmaga kichik yopishqoqlik va yuqori polimer konsentratsiyasiga erishish imkoni berishi kerak;
-erituvchining qaynash temperaturasi past bo’lmasligi kerak, odatda bunday eritmalarning qaynash temperaturasi 50160 ^oC oralig’ida bo’ladi;
- erituvchi termik va kimyoviy tomondan yetarli darajada doimiy bo’lishi va regeneratsiyasi, ya’ni eritmadan ajralib chiqishi murakkab bo’lmasligi kerak;
- erituvchi zahari bo’lmasligi va qo’shimcha o’zgarishlarga olib kelmasligi kerak;
- erituvchi polimerni destruksiyaga uchratmasligi va qo’shimcha o’zgarishlarga olib kelmasligi kerak.
Ma’lum polimer uchun erituvchining eruvchanlik qobiliyatini baholashda bir qator kriteriyalar mavjud. Ularning ichida eng ahamiyatlisi termodinamik va amaliy baholashlar.