Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги мирзо улубек номидаги

Тўлган зонадаги электронлар кристаллнинг ўтказувчанлигида

иштирок этмаслиги юқорида кўрсатиб ўтилди. Бироқ, хона темпера-

1.13-расм. Валент зонада мусбат зарядли ковакларнинг пайдо бўлиши

т
урасида валент зонадан ўтказувчанлик зонасига нечта электрон ўт-са, валент зона шунча электронни йўқотади ва ниХоят қисман тўл-маган Холат юзага келади. Яъни, валент зонада электрон етишмаган боғланишлар-мусбат зарядли коваклар (1.13-расм) Хосил бўлади. Энди электронлар бошқа боғланишлардан ана шу ковакларга сакраб ўтиш имкониятига эга бўлади. Натижада бу ковак электрон билан тўлиб йўқолади, бошқа боғланишда ковак пайдо бўлади. Шундай қилиб гўё ковак кристаллнинг бир жойидан иккинчи жойига тар-тибсиз кўчиб юради.

1.14-расм. Ташқи электрик майдон берилганда яримўтказгичда эркин электронлар ва коваклар токининг пайдо бўлиши

Агар бундай яримўтказгичга ташқи электрик майдон берилса, бу боғланишдан у боғланишга тартибсиз сакраб юрган валент элек-тронларнинг майдон йўналиши бўйлаб тартибли сакраб ўтишлари ва демак, валент зонада ковакларнинг ушбу электронларга тескари йў-налишдаги тартибли кўчиши-коваклар токи, ўтказувчанлик зонасида эса, эркин электронлар токи (1.14-расм) юзага келади.

Электронлари сони коваклари сонига тенг (n₀қp₀) бўлган, бир турдаги атомлардан ташкил топган соф яримўтказгич-хусусий ярим-ўтказгич дейилади. Масалан, таркибида бирорта Хам нуқсони бўл-маган яримўтказгич хусусий яримўтказгич бўлиши мумкин. Таби-ийки, бундай яримўтказгичнинг ўтказувчанлиги берилган шароитда шу турдаги, лекин хусусий бўлмаган яримўтказгичникига қараганда ниХоятда кичик бўлади. Масалан, хусусий яримўтказгич- кремний-нинг хона температураси шароитидаги солиштирма қаршилиги тах-минан 300 кОмсм атрофида бўлади. Шу билан бирга хусусий ярим-ўтказгичларда электрик токнинг пайдо бўлишида Хам элек-тронлар, Хам коваклар қатнашишини доим эсда тутиш лозим.

1.7. Киришмали яримўтказгич.

1.7.1. Киришмали n-тур яримўтказгич

Агар яримўтказгич кристаллдаги айрим атомлар ўзгача валент-ликка эга бўлган элементнинг атомлари билан алмаштирилса, пан-жара тузилишидаги қатъий тартиб бузилади. Киришманинг мав-жудлиги туфайли энергиявий диаграмманинг кўриниши ўзгаради. Бироқ, агар киришма миқдори кўп бўлмаса, масалан, асосий атом-лар сонининг юз мингдан бирини ташкил қилса, идеал яримўтказгич кристалининг энергиявий диаграммаси деярли ўзгармайди, деб қа-раш мумкин. Чунки, киришма атомларнинг киритилиши мавжуд зо-налар орасида янги квант Холатлар Хосил бўлишигагина (агар фақат бир турдаги киришма киритилса) олиб келади Бу Холда киришма атомлари бир-биридан узоқ жойлашгани учун, умумий Холда улар орасидаги ўзаро таъсирни Хисобга олмасдан киришма томонидан ки-ритилган квант Холатларни лоақал тақиқланган зонанинг маълум жойларида жойлашган энергиявий Холатлар деб қараш мумкин.

Қўшимча энергиявий сатХнинг асосий кристалл зоналари ора-сидаги Холати кристаллнинг ўтказувчанлигига киришмалар миқдори жуда оз бўлганида Хам кучли таъсир қилади.
Беш валентли фосфор, маргимуш ва сурьма каби элементлар атомлари германий ва кремнийда ўтказувчанлик зонасига яқин жой-лашган қўшимча донор сатХлар Хосил қилади. Паст температура-ларда киришмавий сатХлар электронлар билан тўлган бўлади, аммо юқори температураларда электронлар иссиқлик Харакати туфайли бу сатХдан ўтказувчанлик зонасига ўтиб олади. Бу Холда улар эркин ва демак, Харакатчан бўлиб қоладилар Хамда кристаллнинг электрик ўтказувчанлигида қатнашадилар.
Бундай шароитда, ўтказувчанлик электронларининг сони тах-минан киришма атомларининг сонига тенг бўлади, кристаллнинг ўт-казувчанлиги киришма концентрациясига тўғридан-тўғри боғлиқ бў-лади. 1.15-расмда n-тур яримўтказгичда ток Хосил қилувчи Харакат-чан заряд ташувчилар кўрсатилган.
Кремний кристалига киритилган беш валентли киришмавий атом битта электронини осонгина бўшатиб, ўтказувчанлик зонасига бериб қўйишининг физик-кимёвий моХияти қуйидагидан иборат: кремний атомлари тўрт валентли бўлганлигидан, кристалл панжара
1
.15-расм. n-тур яримўтказгичда Харакатчан заряд ташувчилар
Хосил қилишда тўрттала электрони воситасида атрофидаги тўртта атом билан ковалент боғланиш (1.2-расмга қ.) Хосил қилади.

Агарда, кристалл панжаранинг бирор тугунидаги кремний ато-мини беш валентли киришма атом билан (1.16а-расм) алмаштирсак, у Холда бу атом тўртта электронини атрофидаги атомлар билан ко-валент боғланиш Хосил қилишга беради. Унинг бешинчи валент электрони кимёвий боғланишда иштирок этмай, атом билан заиф боғланган валент электронлигича қолади. Энди бундай электронга озгинагина иссиқлик энергияси берилса, у атомдан ажралиб, ўтка-зувчанлик зонасига ўтади, яъни эркин электронга айланади.
1.16а-расм. Кремний ва беш валентли киришма атомнинг
ковалент боғланиши
1
.16б-расм. Кремний ва уч валентли киришма атомнинг
ковалент боғланиши

1.7.2. Киришмали p-тур яримўтказгич

Уч валентли галлий ёки бор элементининг атомлари германий ва кремний кристалида валент зонага яқин жойлашган киришмавий сатХ Хосил қилади. Паст температураларда киришмавий сатХ элек-тронлар билан тўлмаган. Бироқ, юқори температураларда электрон-лар иссиқлик Харакати туфайли уйғониши Хисобига яримўтказгич валент зонасидан бу сатХга ўтишлари мумкин. Бунда улар қўзғалмас манфий зарядларга айланиб (чунки бу сатХлар анча чуқур бўлган-лигидан улардан электроннинг қайтиб чиқиши анча қийин) валент зонада Харакатчан қўшимча коваклар Хосил қиладилар.
"Ковак"-мусбат зарядли эркин заряд ташувчи сохта зарра си-фатида намоён бўлади. Аслида у, кристалл панжарасидаги валент боғланишларда (1.2-расмдаги боғланишларни кўз олдингизга келти-ринг) бирор сабаб туфайли етишмай қолган электроннинг ўрнидир.
"Ковак"нинг моХиятини тугал тушуниб олиш муХим бўл-ганлиги туфайли биз бу Хақда батафсилроқ тўхталамиз.
Масалан, кремний кристалл панжарасиниг 1.2-расмда келти-рилган бешта атомдан иборат уячасини олайлик. Бу уячада валент боғланишларда саккизта электрон иштирок этади. Бу электронлар-нинг тўрттаси марказдаги атомники, қолган тўрттаси атрофдаги қолган атомларникидир. Ўша атрофдаги атомларнинг Хар бири Хам ўз навбатида, ўз атрофидаги қолган учта атом билан учта валент электрони ёрдамида валент боғланишлар Хосил қилади. Хуллас, кремний кристалидаги атомларнинг Хамма валент электронлари ва-лент боғланишларга умумлашган. Шу билан бирга, Хар бир атомда электрик бетарафлик сақланиб қолади, яъни одатдагидек атом ядро-сидаги мусбат заряд атомдаги электронларнинг йиғинди заряди билан бетарафлашганича қолади.
Агарда, бирор валент боғланишдаги электрон қандайдир сабаб билан (масалан, иссиқлик энергияси ёки ташқаридан берилган бош-қа энергия Хисобига) шу боғланишдан бўшаб ўтказувчанлик зонасига ўтиб кетса, у Холда шу валент электронини йўқотган атом мусбат ионга айланади, яъни шу атомда битта мусбат заряд-ковак пайдо бўлади. Агар шу боғланишнинг-ковакнинг атрофига бирорта электрон келиб қолса, уни шу ковак ушлаб олади ва натижада элек-троннинг бўш жойи-ковак рекомбинация йўли билан йўқолади.
Уч валентли киришма валент зонадан электрон олганлиги учун уни акцептор киришма дейилади. Хўш, бу киришма нима сабабдан ўзига электронни олар экан Юқорида айтилганидек, кремний атоми тўрт валентли бўлганлигидан, кристалл панжара тўртта электрон би-лан ковалент боғланиш Хосил қилади. Энди унинг ўрнига 3 ва-лентли атом кирса, тўла ковалент боғланиш Хосил қилиш учун унга битта электрон етишмайди(1.16б-расм), яъни ковак юзага келади. Энди бирор йўл билан битта электронни қўшиб олиш имконияти туғилиши билан киришма атом бу имкониятини амалга оширади. Бундай электронлар кристаллда берилган Хароратда иссиқлик Хара-катининг флуктуацияси Хисобига доимо Хосил бўлиб туради. Демак, кристаллнинг бирлик Хажмида унга киритилган акцептор атомлар-нинг концентрациясига мос концентрацияда коваклар мавжуд бўла-ди. Кристалл электрик ўтказувчанлиги бу Холда асосан коваклар би-лан белгиланганлиги учун бундай яримўтказгични p-тур ёки ковак яримўтказгич деб атайдилар. p-тур яримўтказгичда коваклар асосий заряд ташувчилар, электронлар эса, ноасосий заряд ташувчилардир.
1.17-расмда p-тур яримўтказгичда ток Хосил қилувчи Харакат-чан заряд ташувчилар кўрсатилган.