|
II.3.3. Aralashmali kirishmali
Aralashmalar yordamida yarimo‘tkazgich1arning qarshiligini minglarcha , millionlarcha marta kamaytirish mumkin. Masalan , kremniy elementi ichiga undagi atomlar soniga nisbatan 0.001 foiz miqdordagi fosfor atomlarining kiritilishi bilan, xona temperaturasida uning qarshiligini juda toza kremniyga nisbatan birnecha ming martacha kamaytiradi. Aralashmalar tok tashuvchilarning ishorasini belgiladi, yarim o‘tkazgichlarning amalda kuzatiladigan elektr o‘tkazuvchanligini vujudga keltiradi.
Aralashma deyilganda biz tubandagilarni ko‘zda tutamiz:
Asosiy modda tarkibiy qismlaridan birining ortiq yoki kamligi;
Kristallning biror tugunidagi atom yoki ionning o‘rnini boshqa element atomi tomonida egallanishi;
Kristall panjara tugunlarining oralig‘iga kiritilgan boshqa element atomlari.
Yarimo‘tkazgich1arda aralashmaning qanchalik muhim ahamiyatga ega ekanligini tushunish uchun kremniy kristali panjarasidagi ixtiyoriy biror tugunni, 5 valentli bo‘lgan Fosfor (P) yoki 3 valentli bo‘lgan Bor (B) element atomi egallagan xollarini chuqurroq o‘rganishga harakat qilaylik.
Si
. Bu vaqtda fosforning to‘rtta valent elektroni kremniyning to‘rtta valent elektroni bilan mustahkam valent bog‘lanish hosil qiladi. Valent bog‘lanishda fosforning beshinchi valent elektroni qatnashmaydi, u faqat o‘z yadrosi bilan kuchsiz bo‘ladi xalos. Shuning uchun ham, bu beshinchi valent elektron tashqaridan berilgan ozgina qo‘shimcha energiya ( issiqlik yoki yorug‘lik energiyasi) hisobiga o‘z atomidan ajraladi. Bu valent elektronning ajralishini kovakning hosil bo‘1ishiga olib kelmasligini bilish qiyin emas. Agar temperatura past bo‘lsa, kremniyning hususiy o‘tkazuvchan1igi hal qiluvchi ahamiyat o‘ynamaganligidan, o‘tkazuvchanlikda asosan aralashma atomlaridan ajralgan elektronlargina qatnashadi. Yarimo‘tkazgichning bunday o‘tkazuvchanligini elektron (n-tipli) o‘tkazuvchan1ik deyiladi. Kristall panjaraga o‘z elektronlarini berishga intiluvchi aralashma atomlari esa donorlar deb yuritiladi.
Si. Bu holdagi kremniy panjarasidagi atomlardan birining o‘rnini uch valentli Bor atomi egallagan bo‘ladi. Ammo kremniyning to‘rtinchi valent elektroni juft bog‘lanish hosil qilishi uchun Borda bitta elektron yetishmaydi. Bor atomi bu holda kremniy atomi bilan to‘liq bog‘lanish hosil qilishga intilib, qo‘shni bog‘lanishdan bitta elektronni tortib oladi va o‘z navbatida manfiy ionga aylanib qoladi, elektron ketgan bog‘lanishda esa bo‘sh o‘rin —kovak hosil bo‘ladi va tashqi elektr maydoni qo‘yilganda ketma-ket hosil bo‘luvchi kovaklar harakati hosil bo‘1adi. Bunday o‘tkazuvchanlikda asosiy ro‘lni kovaklarning ko‘chishi o‘ynaganligidan kovak o‘tkazuvchanlik voki p-tipli o‘tkazuvchanlik deb yuritiladi. Asosiy elementlarning kristali panjarasidan elektronlarni olish uchun intiluvchi aralashma atomlari —akseptorlar deb yuritiladi.
Tekshirishlar shuni ko‘rsatadiki, kremniyning hususiy o‘tkazuvchanligida elektronni ajratish uchun kamida 1.1 eV energiya kerak bo‘1sa , aralashma atomlaridan elektronlarni ajratish uchun esa 0.04 - 0.05 eV energiyagina kifoya qiladi.
Aralashma atomlardan elektronlar ajralishi osonlashishining fizik sababi , aralashma atomlari kiritilgan muhitning qutblanishidir. Moddiy muhitning bu hususiyati dielektrik doimiyligi bilan xarakterlanadi.
Muhitning qutblanishi kristallning umumiy energiyasini kamaytirib, aralashma atomida esa elektron bilan yadro orasidagi bog‘1anishni kuchsizlantiradi. Natijada aralashma atomi elektronlarining harakatlanish orbitalari kattalashadi. Orbitaning kattalashishi esa o‘z navbatida elektronni atomdan ajratish ishini, ya’ni ionlashtirish ishini kamaytiradi.
Shuni qayd qilish kerakki, kristali panjaraga kirib olgan aralashma atomlari ideal kristall pnjarasining qat’iy davriyligini buzadi va ular elektronlar uchun o‘ziga xos energetik holatlarni hosil qiladi[10,11]. Bu holatlar, aralashma zichligi juda katta bo‘1magan holda, mahalliy holatlar bo‘ladi, ya’ni ular aralashma atomlar yaqinidagi mahalliy joylarda joylashgan bo‘ladi, mahalliy holat sathlari taqiqlangan soha ichida joylashadi. Agar kirishma hosil qilgan mahalliy sath o‘tkazuvchanlik yoki valent zonasiga yaqin joylashgan bo‘lsa, bunday sath sayoz sath deyiladi.
Sayoz sathlar hosil qiladigan aralashmalar erkin zaryad tashuvchilar ( erkin elektronlar va erkin kovaklar ) miqdorini (konsentratsiyasini) oshirish imkonini yaratib , yarim o‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchan1igini bevosita o‘zgartirishi mumkin. Chuqur sathlar paydo qiladigan aralashmalar esa yarimo‘tkazgichning birmuncha boshqa hususiyatlariga bevosita yoki bilvosita ta’sir ko‘rsatadi.
Yarim o‘tkazgichga ham donor aralashma , ham akseptor aralashma kiritilgan bo‘lsa, donor sathdagi elektronlar akseptor sathlariga o‘tadi. Agar donor konsentratsiyasi (Ndl akseptor konsentratsiyasi (Ne) da teng bo‘lsa (ND' N ) bunday yarim o‘tkazgich to‘la kompensirlangan yarim o‘tkazgichlar deyiladi.
Yuqorida aytilgan mulohazalar aralashma atomlarining konsentratsiyasi uncha katta bo‘lmagan va bunda qo‘shni aralashma atomlari bir-birlaridan yetarlicha uzoqda bo‘lgan hollarga tegishlidir. Ammo, aralashma atomlarining konsentratsiyasi yetarlicha katta bo‘lsa , qo‘shni aralashma atom elektronlar qobiqlari bir-biriga tushishi va ular o‘rtasida o‘zaro ta’sirlashish kuchlari hosil bo‘lishi mumkin, buning natijasida aralashma hosil qilgan alohida energetik sathlar parchalanib, elektronlar uchun aralashma hosil qilgan energetik zonalarni vujudga keltiradi. Yarim o‘tkazgich1arda aralashmalar hosil qiladigan zonani paydo bo‘lishi boshlanadigan aralashma atom konsentratsiyasi quyidagi ifoda bilan hisoblanadi: Nk' 2.2 1024 (m*/›• 0)3 bu yerda m -effektiv massa. Kremniy n-tip uchun Nk=5 10' 9 SITT-’ .
Do'stlaringiz bilan baham: | 
