Mavzu: Erkin zaryad tashuvchilarning muvozanat holatdagi konsentratsiyasi

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNALOGIYALARI UNIVERSITETI QARSHI FILIALI

AX-11-19 GURUHI TALABASI Xasanov Javlonning ELEKTRONIKA VA SXEMALAR FANIDAN

3-MUSTAQIL ISHI

MAVZU: Erkin zaryad tashuvchilarning muvozanat holatdagi konsentratsiyasi.
REJA:

1. 
   Qattiq jism zonalar nazariyasi elementlari.
   
2. 
   Yarimoʼtkazgichlar elektr oʼtkazuvchanligi.
   
3. 
   Erkin zaryad tashuvchilarning muvozanat holatdagi kontsentratsiyasi.
   

Zamonaviy elektronika qurilmalari yarim oʼtkazgichli materiallardan tayyorlanadi. Yarim oʼtkazichlar kristall, amorf va suyuq boʼladi. Yarim oʼtkazgichli texnikada asosan kristall yarim oʼtkazgichlar (1010 asosiy modda tarkibida bir atomdan ortiq boʼlmagan kiritma monokristallari) qoʼllaniladi. Odatda yarim oʼtkazgichlarga solishtirma elektr oʼtkazuvchanligi metallar va dielektriklar oraligʼida boʼlgan yarim oʼtkazgichlar kiradi (ularning nomi ham shundan kelib chiqadi). Xona temperaturasida ularning solishtirma elektr oʼtkazuvchanligi 10-8dan 105gacha Sm/m (metrga Simens)ni tashkil etadi. Metallarda =106-108 Sm/m, dielektriklarda esa

=10-8-10-13 Sm/m. Yarim oʼtkazgichlarning asosiy xususiyati shundaki, temperatura ortgan sari ularning solishtirma elektr oʼtkazuchanligi ham ortib boradi, metallarda esa kamayadi.
Yarim oʼtkazgichlarning elektr oʼtkazuvchanligi yorugʼlik bilan nurlantirish va hatto juda kichik kiritma miqdoriga bogʼliq. Yarim oʼtkazgichlarning xossalari qattiq jism zona nazariyasi bilan tushuntiriladi.

Har bir qattiq jism koʼp sonli bir-biri bilan kuchli oʼzaro taʼsirlashayotgan atomlardan tarkib topgan. Shu sababli bir boʼlak qattiq jism tarkibidagi atomlar majmuasi yagona tuzilma deb qaraladi. Qattiq jismda atomlar bogʼliqligi atomning tashqi qobigʼidagi elektronlarni juft boʼlib birlashishlari (valent elektronlar) natijasida yuzaga keladi. Bunday bogʼlanish kovalent bogʼlanish deb ataladi.

Аtomdagi biror elektron kabi valent elektron energiyasi W ham diskret yoki kvantlangan boʼladi, yaʼni elektron energetik sath deb ataluvchi biror ruxsat etilgan energiya qiymatiga ega boʼladi. Energetik sathlar elektronlar uchun taʼqiqlangan energiyalar bilan ajratilgan. Ular taʼqiqlangan zonalar deb ataladi. Qattiq jismlarda qoʼshni elektronlar bir-biriga juda yaqin joylashganligi uchun, energetik sathlarni siljishi va ajralishiga olib keladi va natijada ruxsat etilgan energetik zonalar yuzaga keladi. Energetik zonada ruxsat etilgan sathlar soni kristaldagi atomlar soniga teng boʼladi. Ruxsat etilgan zonalar kengligi odatda bir necha elektron – volьtga teng (elektron – volьt – bu 1V ga teng boʼlgan potentsiallar farqini yengib oʼtgan elektronning olgan energiyasi). Ruxsat etilgan zonadagi minimal energiya sathi tubi (Wc), maksimal energiya esa shipi (Wv) deb ataladi.
Quyidagi rasmda yarim oʼtkazgichning zona diagrammasi keltirilgan. Taʼqiqlangan zona kengligi Wt yarim oʼtkazgichning asosiy parametri boʼlib hisoblanadi.

Elektronikada keng qoʼllaniladigan yarim oʼtkazgichlarning taʼqiqlangan zona kengliklari Wt (eV) quyidagiga teng: germaniy uchun – 0,67, kremniy uchun – 1,12 va galliy arsenidi uchun -1,38.

Dielektriklarda taʼqiqlangan zona kengligi Wt 2 eV, metallarda esa ruxsat etilgan zonalar bir – biriga kirib ketgan boʼladi, yaʼni mavjud emas.

Yuqoridagi ruxsat etilgan zona oʼtkazuvchanlik zonasi deb ataladi, yaʼni mos energiyaga ega boʼlgan elektronlar, tashqi elektr maydoni taʼsirida yarim oʼtkazgich hajmida harakatlanishlari mumkin, bunda ular elektr oʼtkazuvchanlik yuzaga keltiradilar. Oʼtkazuvchanlik zonasidagi biror energiyaga mos keladigan elektronlar oʼtkazuvchanlik elektronlari yoki erkin zaryad tashuvchilar deb ataladilar. Quyidagi ruxsat etilgan zona valent zona deb ataladi.

Yarim oʼtkazgichli elektronika maxsulotlarining deyarli 97 % kremniy asosida yasaladi. Quyidagi – rasmda kiritmasiz kremniy panjarasining soddalashtirilgan modeli (a) va uning zona energetik diagrammasi (b) keltirilgan. Аgar yarim oʼtkazgich kristalli tarkibida kiritma umuman boʼlmasa va kristall panjaraning tuzulmasida nuqsonlar (boʼsh tugunlar, panjara siljishi va boshqalar) mavjud boʼlmasa, bunday yarim oʼtkazgich xususiy deb ataladi va i harfi bilan belgilanadi.

Yuqoridagi rasmdan koʼrinib turibdiki, kremniy xususiy kristallida uning atomining toʼrtta valent elektroni kremniyning qoʼshni atomining toʼrtta elektroni bilan bogʼlanib, mustahkam sakkiz elektronli qobiq (toʼgʼri chiziq) hosil qiladi. 0 K temperaturada bunday yarim oʼtkazgichda erkin zaryad tashuvchilar mavjud boʼlmaydi. Lekin temperatura ortishi bilan yoki yorugʼlik nuri tushirilganda kovalent bogʼlanishlarning bir qismi uziladi va valent elektronlar oʼtkazuvchanlik zonasiga oʼtish uchun yetarlicha energiya oladilar (yuqoridagi b-rasm).
Natijada valent elektron erkin zaryad tashuvchiga aylanadi va kuchlanish taʼsir ettirilsa, u tok hosil qilishda ishtirok etadi. Elektron yoʼqotilishi natijasida atom musbat ionga aylanadi.

Bir vaqtning oʼzida valent zonada boʼsh sath hosil boʼladi va valent elektronlar oʼz energiyalarini oʼzgartirishlariga, yaʼni valent zonasining biror ruxsat etilgan sathidan boshqasiga oʼtishiga imkon yaratiladi. Shunday qilib, u tok hosil boʼlish jarayonida qatnashishi mumkin. Temperatura ortgan sari koʼproq valent elektronlar oʼtkazuvchanlik zonasiga oʼtadilar va elektr oʼtkazuvchanlik ortib boradi.

Valent zonadagi erkin energetik sath yoki erkin valent bogʼlanish qovakli deb ataladi va u elektron zaryadining absolyut qiymatiga teng boʼlgan erkin musbat zaryad tashuvchi hisoblanadi. Kovakning harakatlanishi valent elektroni harakatiga qarama – qarshi boʼladi.
Shunday qilib, atomlar orasidagi kovalent bogʼlanishning uzilishi bir vaqtning oʼzida erkin elektron va elektron ajralib chiqqan atom yaqinida kovak hosil boʼlishiga olib keladi. Elektron – kovak juftligining hosil boʼlish jarayoniga zaryad tashuvchilar generatsiyasi deb ataladi. Аgar bu jarayon issiqlik taʼsirida amalga oshsa, u issiqlik generatsiyasi deb ataladi. Oʼtkazuvchanlik zonasida elektronning hosil boʼlishi va valent zonasida kovakning yuzaga kelishi 1.2 b-rasmda mos ishoralar yordamida aylanalar koʼrinishida tasvirlangan. Strelka yordamida elektronning valent zonasidan oʼtkazuvchanlik zonasiga oʼtishi koʼrsatilgan.
Generatsiya natijasida yuzaga kelgan elektronlar va kovaklar yarim oʼtkazich kristallida yashash vaqti deb ataladigan biror vaqt mobaynida tartibsiz harakatlanadilar, soʼngra erkin elektron toʼliq boʼlmagan bogʼlanishni toʼldiradi va bogʼlanish hosil boʼladi. Bu jarayon rekombinatsiya deb ataladi.

Oʼzgarmas temperaturada (boshqa tashqi taʼsirlar mavjud boʼlmaganda) kristall muvozanat holatda boʼladi. Yaʼni, generatsiyalangan zaryad tashuvchilar juftligi soni rekombinatsiyalangan juftliklar soniga teng boʼladi. Birlik hajmdagi zaryad tashuvchilar soni, yaʼni ularning kontsentratsiyasi, solishtirma elektr oʼtkazuchanlik qiymatini beradi.

Xususiy yarim oʼtkazgichlarda elektronlar kontsentratsiyasi kovaklar kontsentratsiyasiga teng boʼladi (ni= pi). n (negative soʼzidan) va p (positive soʼzidan) harflari mos ravishda elektron va kovakka mos keladi. Kiritmasiz yarim oʼtkzgichda hosil boʼlgan elektron va kovaklar xususiy erkin zaryad tashuvchilar va ularga asoslangan elektr oʼtkazuvchanlik esa – xususiy elektr oʼtkazuvchanlik deb ataladi.