Nuqsonlar, aralashmalar, donorlar, akseptorlar, kristall panjara, temperatura, teshik, valent zona

Yarimo‘tkazgichlardagi donor va akseptor satxlar.

REJA:

1. Yarimo’tkazgichlarda donorli satxlar.

2. Yarimo’tkazgichlarda akseptor satxlar.

Tayanch so‘z va iboralar: nuqsonlar, aralashmalar, donorlar, akseptorlar, kristall panjara, temperatura, teshik, valent zona.

Aralashmalar kristall panjara tuzilishidagi nuqson bo‘lib xisoblanadi. Chunki aralashmalar berilgan qattiq. jismning kristall panjarasidagi asosiy bo‘lgan atomlarning o‘rnini egallaydi yoki ularning orasiga joylashib olib, o‘zining atrofidagi asosiy bo‘lgan atomlarning xolatini o‘zgartiradi, demak, kristall panjarani deformatsiyalaydi. Bu esa o‘z navbatida elektronning potensial energiyasi o‘zgarishiga, ya’ni qattiq jism energetik zonalar sxemasining o‘zgarishiga olib keladi. Agar aralashmalar konsentratsiyasi dan katta bo‘lmasa, energetik zonalar sxemasini buzilmagan deb xisoblab, aralashmalar xisobiga ko‘shimcha energetik satxlar ko‘shildi deb qarasak bo‘ladi. Aralashmalarning konsentratsiyasi kristallgi tashkil qilgan asosiy atomlar konsentratsiyasidan juda xam kichik bo‘lsa, ularning o‘zaro ta’siri nolga teng bo‘ladi. Shuning uchun ular energetik zonani tashkil qila olmaydi, xammasi man qilingan zonada bir xil energetik satxni xosil qiladi.

Aralashmalarning xosil qilgan qo‘shimcha energetik satxlari yarim o‘tkazgichlarning fizik xossalariga juda ham katta ta’sir qiladi. Kremniy elementlaridagi aralashmalar konsentratsiyasi birlik xajmdagi asosiy atomlar sonidan, masalan, 10⁶ marta kichik bo‘lsin, lekin bunday bo‘lishiga qaramay, uning elektr o‘tkazuvchanligini marta oshirib yuboradi.

Mendeleevning elementlar davriy jadvalidagi o - gruppa elementlari germaniy va kremniyning energetik zonalar sxemasida man qilingan zona o‘tkazuvchanlik zonasining tagiga yakin joyda energetik satxni xosil qiladi. Bu energetik satx bilan o‘tkazuvchanlnk zonasi orasidagi energetik masofa juda xam kichik bo‘lib, elektronlar ozgina issiklik energiya xisobiga o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘ta oladilar o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tgan elektronlarning qoldirgan bo‘sh o‘rnini biz xarakatchan teshik deb ayta olmaymiz. Boshqacha qilib aytganda, ular yarim o‘tkazgichlarda elektr o‘tkazuvchanlikda ishtirok eta olmaydilar. Chunki, bu aralashma atomlari orasidagi masofa juda ham katta bo‘lib, bitta atomdan ikkinchi atomga „teshik"ning sakrab o‘tishi juda xam qiyin. Shu sababli, ular fakat xarakatsiz musbat ion sifatida tura oladi, ya’ni elektr o‘tkazuvchanlikda ishtirok eta olmaydilar. Uy temperaturasida elektronlarning deyarli xammasi aralashmalar xosil qilgan energetik satxni tashlab o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tib ketadi. Natijada yarim o‘tkazgichda elektronlarning konsentratsiyasi valentlik zonasidagi teshiklarga qaraganda yuz minglarcha marta ortib ketadi, bu esa elektronlar xisobiga bo‘ladigan elektr o‘tkazuvchanlikning xam yuz minglarcha marta ortib ketiщiga olib keladi. Shu sababli bunday yarim o‘ttkazgichlarni elektronli yarim o‘tkazgichlar, aralashmalarni esa donorlar deb yuritiladi. (8.1-rasm.)

1-rasm. Donorli yarimo’tkazgichning energetik sxemasi.

Mendeleevning elementlar davriy jadvalidagi 3- gruppa elementlari germaniy va kremniy elementida aralashma sifatida ishtirok etsa, ular energetik sxemada man kilingan zonada valentlik zonasining yuqorisiga yaqin joyda qo‘shimcha energetik satxni xosil qiladi. Bular bilan valentlik zonasi orasidagi energetik masofa xam juda kichik bo‘lib, valentlik zonasidagi elektronlar aralashmalarning energetik satxga ozgina issiqlik energiya xisobiga chiqa oladi. Aralashmalarda energetik satxga chiqib olgan elektronlar elektr o‘tkazuvchanlikda ishtirok eta- olmaydilar, ularning qoldirgan o‘rni — xarakatchan teshik bo‘lib xisoblanib, elektr o‘tkazuvchanlikda ishtirok eta oladilar.

Past temperaturalarda aralashmalarning energetik satxi bo‘sh bo‘ladi, temperatura ortishi bilan ular to‘la boshlaydi. Uy temperaturasida butunlay to‘lgan deb qarasak bo‘ladi.

Man qilingan zonada (valentlik zonasining yuqorisiga yaqin joyda) energetik satxni xosil qiladigan yarim o‘tkazgichlarni teshikli yarim o‘tkazgichlar, aralashmalarni esa akseptorlar deb yuritiladi (8.2- rasm).

8.2-rasm. Akseptorli yarimo’tkazgichning energetik sxemasi.

Aralashmalarning konsentratsiyasi dan katta bo‘lsa, ularning energetik satxlari parchalanib energetik zonani xosil qiladilar. Bu xodisa yarim o‘tkazgich man qilingan zonasi energetik kengligining kamayishiga olib keladi va uning elektrik xossalarini o‘zgartirib yuboradi.Aralashmalar donorlar bo‘ladigan bo‘lsa, ularning energetik zonasi yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanlik zonasi bilan, akseptorlar bo‘lsa, energetik zonasi valentlik zonasi bilan tutashib ketishi mumkin. Bu esa man qilingan zonaning energetik kengligini kamaytirib yuboradi.

Bunday xollarda yarim o‘tkazgichlar aynigan xolatda bo‘lib, elektron va teshiklar Fermi-Dirak statistikasiga bo‘ysunadigan bo‘lib qoladi.