I bob qattiq jismlar 1-§. Qattiq jismlarning fizikasida asosiy tushunchalar

 
5.4  –  rasm.  Si  atomining  tashqi  elektron  sathlari  o’rniga  Si  kristallida  hosil 
bo’ladigan energetik sohalar. 
Elektronlarning  kristalldagi  energetik  sathlari  energetik  sohalardan  iborat 
bo‘lib, har bir energetik soha bir-biridan taqiqlangan sohalar bilan ajralib turadi. Har 
bir energetik soha kengligi (eV hisobida) shu energetik sohani hosil qilgan atomdagi 
elektron  qobiqlarning  yadrodan  qanchalik  uzoqda  joylashishiga  bog‘liq  bo‘ladi. 
Atomning  elektronlar  bilan  to‘lgan  qobiqlari  asosida  hosil  bo‘lgan  energetik 
sathlarning  har  bir  sathida  qarama-qarshi  spinga  ega  bo‘lgan  2  tadan  elektron  bor 
bo‘lib,  tashqi  maydon  qo‘yilganda    ularning  siljishi  mumkin  bo‘lmaganligi  uchun, 
ular tok o‘tkazishda ishtirok eta olmaydi. Shuning uchun qattiq jismni tashkil etgan 
atomlar  valent  elektronlari  joylashgan  elektron  qobiqlari  asosida  hosil  bo‘ladigan 
energetik  sohalar  shu  qattiq  jismning  tabiati  uning  elektr  o‘tkazuvchanlik 
xususiyatlarini  aniqlaydi.  Bunda  3  ta  holat  yuz  beradi:  1-holda  valent  elektronlari 
hosil  qilgan  energetik  sathlar  to‘lmagan  bo‘ladi.  Bu  faqat  toq  valent  elektronlariga 
ega  bo‘lgan  atomlar  (Cu,Ag    ishqoriy  metallar…)  ga  xosdir.  Bunday  energetik 
sathning yarmi elektronlar bilan to‘lgan yarmi esa bo‘sh bo‘lib, tashqi elektr maydon 
qo‘yilganda,  elektronlar  o‘zlarining  kinetik  issiqlik  energiya  (E  =  kT)  lari  hisobiga 
band energetik sathlardan bo‘shlariga o‘tib, elektr tokini o‘tkazishda qatnasha oladi. 
Yuqorida  keltirganimizdek,  hosil  bo‘lgan  energetik  sohada  energetik  sathlar 
energiyalarining farqi juda kichik ya‘ni  ∆E=10
-22
 eV ga teng, bu esa hatto eng past 
harorat  (  T=1K  )  dagi  issiqlik  energiyasi  (  E  =  8,8·10
-5
  eV  )  dan  o‗ta  kichikdir. 
Bunday tashqi energetik sathga ega bo‘lgan qattiq jismlar tokni juda yaxshi o‘tkazadi 
va  ular  metallar  deb  ataladi.  Juda  ko‘p  metallarda  valent  energetik  soha  keyingi  
bo‘sh  o‘tkazuvchanlik  sohasi  bilan  qo‘shilgan  bo‘ladi.  2-holatda  valent  elektronlari 

---

 
73 
hosil  qilgan  energetik  soha  elektronlar  bilan  to‘la  band  bo‘ladi.  Bu  holatda  tashqi 
valent  elektronlar  juft  bo‘lgan  atomlarga,  masalan  Si  (1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
2
)  tegishli 
bo‘ladi.  Agar  bunday  atomlarda  elektron  bilan  band  bo‘lgan  sohadan  keyingi 
elektronlardan  bo‘sh  bo‘lagan  energetik  soha  orasidagi  energiya  farqi,  ya‘ni 
taqiqlangan  soha  kengligi    ∆E
g
<3eV    bilan  ajralib  tursa,  bu  materiallga  tashqaridan 
elektr  maydoni  qo‘yilganda,  elektronlar  faqat  valent  energetik  sohasidan  keyingi 
sohaga  ∆E
g 
 ni yengib o‘tgandagina o‘tkazuvchanlikka qatnashishi mumkin bo‘ladi. 
Endi valent elektronlarining bir sekundda keyingi bo‘sh sohaga o‘tish ehtimoli:  
         
 
 
 
 
 
  
  
    (4) 
 
ga  teng  bo‘ladi.  Bunda  n
o
-valent  soha  chegarasidagi  electron  zichligi,  p
o
  –  bo‘sh 
sohaning  eng  pastki  qismida  elektronlarni  qabul  qilish  joylar  zichligi.  Demak,  ∆E
g 
qancha  katta  bo‘lsa,  ehtimollik  shuncha  kam,harorat  qancha  katta  bo‘lsa  ehtimollik 
eksponensiall ortar ekan. Bunday qattiq jismlarda o‘tkazuvchanlik qiymati faqat ∆E
g 
ga  bog‘liq  bo‘ladi.  Agar  ∆E
g
<3eV  bo‘lsa,  xona  haroratida  ma‘lum  miqdordagi 
elektronlar  keyin  bo‘sh  sohaga  o‘tib  o‘tkazuvchanlikda  qatnashadi.  Bunday  qattiq 
jismlar  yarimo’tkazgichlar  deb  qabul  qilingan.3–holat,  agar  ∆E
g
>  3eV  bo‘lgan 
holatda  xona  harorati  va  undan  yuqori  haroratlarda  ham  elektronlarning  valent 
sohasidan  bo‘sh  energetik  sohaga  o‘tish  ehtimoli  juda  kamayib  ketadi,  shunga  mos 
ularda  o‘tkazuvchanligi  juda  kam  bo‘ladi.  Bunday  materiallar  dielektriklar  deb 
ataladi. Demak, valent elektronlarini hosil qilgan energetik sohani valent soha, undan 
keyingi bo‘sh sohani o‘tkazuvchanlik sohasi deb ataladi.  Yuqorida, hosil bo‘ladigan 
energetik  sohalar  va  ular  orasidagi  taqiqlangan  sohalarni  qiymatlari  ularni  tashkil 
etadigan  elektronlar  atom  elektron  qobiqlarining  yadrosiga  nisbatan  joylashishiga 
bog‘liq  deb  aytgan  edik.  Buning  isboti  sifatida  IV  –  guruh  elementlarini  keltirish 
mumkin.  Quyidagi  jadvalda  ularning  tashqi  elekrton  qobiqlaridagi  elektronlarni 
bog‘lanish  energiyasi  keltirilgan.  Ularning  barchasini  tashqi  elekrton  qobig‘ida  4 
tadan  elektron  s
2
p
2
  joylashgan  va  ular bir  xil  kimyoviy  bog‘lanishga  ega bo‘lganiga 
qaramay, ularning taqiqlangan energetik sohalarining qiymatlari bir-biridan juda farq 
qiladi.