Ярим ўтказгичлар Ярим ўтказгич материалларга германий ва кремний кимёвий элементлар, кимёвий бирикмалардан оксидлар (металл оксидлари), сульфидлар (олтингугурт бирикмалари), селенидлар (селен бирикмалари) ва бошқалар киради. Ярим ўтказгичларда ҳам тақиқланган зона мавжуд. Аммо улардаги тақиқланган зонанинг кенглиги диэлектрикларникига нисбатан анча кичик бўлиб, 1 эВ ва ундан кичик қийматга эга. Масалан: германий (Ge) тақиқланган зонасининг кенглиги 0,72 эВ га, кремний учун 1,1 эВ га тенг. Нормал температура шароитида кўпгина электронлар валент зонасидан ўтказувчанлик зонасига эркин ўтиб кетадилар ва температура ортиши билан ўтказувчанлик зонасига ўтувчи электронлар сони ҳам орта боради. Мана шу сабабга кўра температура ортиши билан ярим ўтказгичларнинг қаршилиги камаяди. Ярим ўтказгичларнинг қаршилиги улар таркибидаги турли аралашмалар миқдорига боғлиқ. Ундан ташқари ярим ўтказгичларнинг қаршилиги ёруғлик, электр майдони, ионлантирувчи нурланиш каби ташқи таъсирларга ҳам боғлиқ.
Металлардан фарқли ярим ўтказгичлар икки хил тенг ҳуқуқли электр ўтказувчанлик хусусиятига эга: электр ўтказувчанлиги, электрон ва ковакли ўтказувчанлик. Маълумки, металлар фақат электрон электр ўтказувчанликка эга, чунки уларда заряд ташувчилар фақат электронлардир. Соф ярим ўтказгич германий (ёки кремний) нинг сиртки электрон қобиғида 4 та валент электрон бор. Бу электронларнинг ҳар бири қўшни 4 та атом билан жуфт электрон боғланишда бўлади, яъни ковалент боғланишни ҳосил қилади. ҳар бир атомнинг қобиғи 8 та электрон билан тўлгани учун у мустаҳкам бўлади. Германий (ёки кремний) кристалининг бундай боғланишда бўлганлиги туфайли уни диэлектрик деб қараш мумкин.
Абсолют ноль температурада бу фикр тўлиқ тасдиқланади. Чунки ковалент боғланишли кристалларда эркин электронлар бўлмайди. Уларни ҳосил қилиш учун ташқаридан энергия бериш керак. Ташқи таъсир натижасида боғланиш энергиясидан катта энергияга эга бўлиб қолган электрон у боғланишни узиб, ўз ўрнидан узоқлашиши натижасида у эркин электронга айланади. Бунда атомнинг электр жиҳатдан нейтраллилиги бузилади ва заряди электроннинг зарядига тенг бўлган мусбат ионга айланади. Ана шундай ионлар ковак деб аталади.
Ана шу ярим ўтказгич кристали электр майдонига жойлаштирилса, ҳосил бўлган эркин электронлар ток манбаининг мусбат қутби томон, ҳаракатланиб коваклар эса манфий қутби томон ҳаракатланиб, ўз токларини ҳосил қилади.
Ковак токи электролитлардаги ион токидан тубдан фарқ қилади. Ион токи ҳосил бўлишида электролитда ионлашган атом ёки молекула бир жойдан иккинчи жойга кўчади ва маълум миқдорда модда кўчиши рўй беради. Бундан фарқлироқ ковак токи ҳосил бўлишида атомлар ўз жойидан кўчмайди, чунки ярим ўтказгичларнинг кристалл панжараси етарлича мустаҳкам. Ковак токи боғланган электронларнинг бир ўриндан иккинчи ўринга ўтиши ҳисобига ҳосил бўлади. Дастлаб чап чеккадаги атом бирон сабабга кўра ковакка айланди дейлик. Кристаллга қўйилган (киритилган) электр майдон таъсирида кейинги моментда бу ковак қўшни атом электронини тортиб олади. Натижада, энди иккинчи атом ковакка айланади. У ўз навбатида кейинги атомнинг электронини тортиб олиб, уни ковакка айлантиради. Бу жараён давом этиши натижасида охири ўнг чеккадаги атом ковакка айланади ва унинг кўчиши амалга ошади.
Шундай қилиб, кимёвий соф ярим ўтказгич кристалида электрон-ковак жуфтининг ҳосил бўлиши ҳисобига 2 хил ўтказувчанлик мавжуд бўлиб, уларнинг миқдори ўзаро тенг бўлади.
Электрон ўтказувчанлик n-тур ўтказувчанлик, ковак ўтказувчанлик p-тур ўтказувчанлик бўлиб, булар биргаликда ярим ўтказгичнинг хусусий ўтказувчанлиги деб аталади.
Агар ярим ўтказгич материалларда бегона модда аралашган бўлса унда хусусий ўтказувчанлигидан ташқари яна аралашма электр ўтказувчанлик ҳосил бўлади. Аралашган модданинг турига қараб бундай ўтказувчанлик ё электрон ёки ковак ўтказувчанлик бўлади.
Масалан: соф германий кристаллига 5 валентли сурьма (Sb), ёки маргимуш (мьiшьяк As) ёки фосфор (Р) элементи киритилган бўлсин. Унинг 4 та валентли электрони германийнинг 4 та валентли электрони билан биргаликда ўзаро таъсирлашиб, иккала элемент атомлари мустаҳкам боғланиш ҳосил қилади. Бешинчи ортиқча электрон эса суст боғланган бўлиб қолади. Бу электронни боғланишдан узиш учун жуда кам энергия керак бўлади. Уй ҳароратида уни эркин электрон деб ҳисоблаш мумкин.
А ралашмадан ажралиб чиққан электрон ўтказувчанлик зонасига ўтиб электрон ўтказувчанликни оширади. Бундай усул билан ҳосил қилинган ярим ўтказгичлар n-турдаги ярим ўтказгичлар деб аталади. Аралашма эса донор аралашма деб аталади.
Энди германий кристалига 3 валентли бор (В), индий (In), ёки алюмин (Al) элементларидан бири киритилган бўлсин. Бу ҳолда аралашма элемент атоми қўшни германий атоми билан бирикканида битта боғланиш ўрни етишмай қолади. Электр жиҳатдан бу система нейтрал бўлади. Лекин ташқи и ссиқлик энергияси ҳисобига бўш (вакант) боғланиш ўрнига ёнидаги германий атомидан боғланган электрон кўчиб ўтиши натижасида бор атоми манфий ионга айланади. Электрон кўчган ўрнида ковак ҳосил бўлади. Шунинг учун коваклар сони ортиб, ковак ўтказувчанлик кўпаяди. Бундай йўл билан ҳосил қилинган ярим ўтказгичлар р-турдаги ярим ўтказгичлар дейилади. Аралашма эса акцептор аралашма дейилади.
Демак электрон ўтказувчанлиги юқори бўлган ярим ўтказгичлар n-тур ярим ўтказгичлар деб аталади. Ковакли ўтказувчанлиги юқори бўлган ярим ўтказгичлар р-тур ярим ўтказгичлар дейилади. Ярим ўтказгичдаги заряд ташувчилар эса асосий ва асосий бўлмаган заряд ташувчиларга бўлинади: n-тип ярим ўтказгичларда асосий заряд ташувчилар бу электронлардир р-тур ярим ўтказгичларда эса асосий заряд ташувчилар – коваклар бўлади.
*
