Ma’ruza №7 Yarim o‘tkazgichli materiallarning xossalari

7.2 – rasm. Kuchli elektr maydonida yarimo’tkazgichni energetik sohalari

Kuchli elektr maydonida sohalar qiyaligida kirishma sathidagi, valent sohasidagi elektronlarni o’tkazuvchanlik sohasiga energiyani o’zgartirmasdan tunnel jarayonida elektronlarni “sizib kirishi” taqiqlangan soha orqali bo’ladi.

Erkin tashuvchilarni konsentratsiyasini oshish mexanizmi kuchli elektr maydoni ta’sirida elektrostatik ionlashish deyiladi, u elektr maydon kuchlanganligi taxminan 10⁸V/m bo’lganda sodir bo’lishi mumkin.



7.3 – rasm. Yarimo’tkazgich o’tkazuvchanligining tashqi elektr maydonini kuchlanganligiga bog’liqligi

7.3 - rasmda 1 bo’lak Om qonunini chiziqliligini bajarilishiga mos keladi; 2 – termoelektrik ionlashishga; 3 – elektrostatik va zarbali ionlashishga; 4 – teshilishga.

Qattiq kristall jismni o’tkazuvchanligi deformatsiyadan o’zgaradi, uning ortishi yoki kamayishi (cho’zilishi yoki siqilishi) atomlararo masofasi va konsentratsiyani o’zgarishiga, zaryad tashuvchilarni harakatchanligiga olib keladi. Konsentratsiya yarimo’tkazgichni energetik sohalarini kengligini o’zgarishi va kirishmali sathni siljishiga, bu esa zaryad tashuvchilarni energiya faolligini va shundan kelib chiqib, konsentratsiyani ortishi yoki kamayishiga olib keladi. Harakatchanlik atomlarni tebranish amplitudasini ortishi yoki kamayishi, shuningdek, yaqinlashishi yoki uzoqlashishiga o’zgaradi.
Yarimo’tkazgichlarni solishtirma o’tkazuvchanligini deformatsiyani ma’lum ko’rinishida o’zgarishi tenzo sezuvchanlik bilan ifodalanadi
(7.14)
va u solishtirma qarshilikni nisbiy o’zgarishini berilgan yo’nalishdagi nisbiy deformatsiyasiga nisbatidan iborat bo’ladi.
Yarimo’tkazgichlarda fotoo’tkazuvchanlik. Elektronni erkin holatga o’tishi yoki teshikni paydo bo’lishi yorug’lik ta’sirida ham yuz berishi mumkin. Yarimo’tkazgichlarga tushayotgan yorug’lik energiyasi elektronga berilishi mumkin. Shu vaqtda har bir elektronga berilgan energiya yorug’lik tebranishlarini chastotasiga bog’liq bo’ladi va yorug’likni yorqinligiga (yorug’lik kuchiga) bog’liq bo’lmaydi. Yorug’lik nurini yorqinligi ortishi bilan yorug’lik nurini yutuvchi elektronlar soni oshadi, ularni har biri oladigan energiya emas.
Ma’lum yarimo’tkazgichlar uchun chegaraviy to’lqin uzunligi mavjud bo’ladi va kvant energiyasi bilan aniqlanadi va u valent sohasidagi eng yuqori sathdagi elektronni qo’zg’atish va o’tkazuvchanlik sohasini eng past sathiga o’tish uchun yetarli bo’ladi, ya’ni taqiqlangan sohani kengligiga teng bo’ladi. Yarimo’tkazgichning foto o’tkazuvchanligi quyidagicha aniqlanadi:
(7.15)
bunda Δn – yorug’lik nuri bilan yoritilganida yarimo‘tkazgichda paydo bo’ladigan qo’shimcha elektronlar soni.
Yorug‘lik nuri yordamida ozod qilingan elektronlar o’tkazuvchanlik sohasida juda qisqa vaqt bo’ladi (10^–3–10^–7 s). Tashqi elektr maydoni bo’lmagan vaqtda ular atomlararo oraliqlarda xoatik ko’chib yuradi. Qachonki kristallga potensiallar farqi qo’yilsa, ular elektr o’tkazuvchanlikda ishtirok etadi. Namunani yoritish tugallanganda elektronlar ancha pastroq energetik sathlarga – kirishmali yoki valent sohasiga. Yarimo’tkazgich uzluksiz yoritilganida unda qo’shimcha (muvozanatda bo’lmagan) zaryad tashuvchilar pastki sathga ketayotganlari bilan dinamik muvozanat o’rnatiladi, ya’ni dinamik muvozanat zaryad tashuvchilarni generatsiya jarayoni va ularni rekombinatsiyasi orasida o’rnatiladi.
Yarimo’tkazgichlarda termoelektrik hodisalar. Eng muhim termoelektrik hodisalarga Zeebek, Peltye va Tompson effektlari kiradi.
Zeebek hodisasini mazmuni shundan iboratki, turli yarimo’tkazgichlar yoki yarimo’tkazgich va metallarni ketma – ket ulanishidan iborat elektr zanjirida E.Yu.K. paydo bo’ladi, agar ushbu materiallarni uchlari orasida harorat farqi mavjud bo’lsa. Qaynoq uchdagi erkin zaryad tashuvchilar yuqoriroq energiyaga ega bo’ladi va ularni miqdori sovuq uchdagidan ko’p bo’ladi. Shuning uchun, qaynoq uchdan sovuq uchga oqadigan tashuvchilarni hajmi katta bo’ladi. Natijada Yarimo’tkazgichlarida zaryad to’planadi. Termo E.Yu.K.ni ishorasiga ko’ra Yarimo’tkazgichni elektr o’tkazuvchanligini baholash mumkin.
Zeebek hodisasiga teskari bo’lgan effekt Peltye effekti deyiladi. U shundan iboratki, ikki turli jinsli yarimo’tkazgichlarni yarimo’tkazgich va metallni kontakti orqali tok o’tkanida issiqlikni yutilishi yoki chiqishi tokni yo’qolishiga bog’liq sodir bo’ladi.
Tompson effekti shundan iboratki, bir jinsli materialdan tok o’tganda issiqlikni chiqishi yoki yutilishi sodir bo’ladi, shunda ularda harorat gradiyenti mavjud bo’ladi. Harorat gradiyentini yarimo’tkazgichda mavjudligi termo E.Yu.K. hosil bo’lishiga olib keladi.

Nazorat uchun savollar

1. 
   Solishtirma elektr o’tkazuvchanlikka tarif bering.
   
2. 
   Tok tashuvchilarning harakatchanligi
   
3. 
   Elektrostatik ionlashishning mohiyatini tushuntiring
   
4. 
   Yarimo’tkazgichlarda fotoo’tkazuvchanlik