Yarımkeçiricilərin zona quruluşu - Azərbaycan hava yollari qapali səhmdar cəMİYYƏTİ MİLLİ aviASİya akademiyasi

|
Azərbaycan hava yollari qapali səhmdar cəMİYYƏTİ MİLLİ aviASİya akademiyasi
|
bet | 2/8 | Sana | 20.05.2024 | Hajmi | 277,46 Kb. | | #246593 |
Bog'liq Asif Qurbanov 2511a kurs işi - optik elektronYarımkeçiricilərin zona quruluşu
Keçirici və izolyatorların (dielektriklərin) necə maddələr olduğu çoxdan məlumdur. Keçiricilər böyük elektrik keçiriciliyinə, yəni istənilən temperaturda kiçik müqavimətə malikdir. Bura bərk və maye (civə) halında olan metallar, elektrolitlər, plazma və s. daxildir. Dielektriklər isə cərəyan keçirmirlər, çox böyük omiq müqavimətə malikdir. Onlara bəzi bərk cisimlər (metal olmayan), şüşə, qətran, destilə edilmiş su, ionlaşmamış qaz və s. aiddir.
Keçiricilər və dielektriklər arasında daha bir qrup maddələr mövcuddur: yarımmetallar və yarımkeçiricilər. Yarımmetallar keçiriciklərinə görə metallara yaxındır. Onlar da metallar kimi Т=0К temperaturda keçiriciliyə malikdir. Ancaq böyük keçiriciliyə və keçiriciliyi temperaturdan zəif asılı olan metallardan fərqli olaraq, yarımmetalların keçiriciliyi normal halda o qədər böyük deyil və temperaturdan nəzərə çarpacaq dərəcədə asılıdır və temperatur artdıqca onların keçiriciliyi artır. Yarımkeçiricilər isə dielektriklərə yaxındır. Т=0К temperaturunda ideal yarımkeçiricinin keçiriciliyi sıfıra bərabərdir, temperatur artdıqca yarımkeçiricilərin keçiriciliyi eksponensial olaraq artır. Elektrik keçiriciliyi xarici amillərin təsirilə (istilik, elektrik sahəsi, işıqlanma, təzyiq, aşqarların vurulması və s.) kəskin dəyişə bilir.
Ilk baxışda, yuxarıda göstərilən dörd qrup (metal, dielektrik, yarımmetal və yarımkeçiri) maddənin elektrik keçiriciliklərinin bir-birindən kəskin fərqlənməsi təəccüb doğurur, çünki, onların hamısı bütövlikdə elektrik cəhətdən neytraldır, yəni eyni miqdarda müsbət və mənfi zərrəciklərdən ibarətdir. Klassik fizika nöqteyi-nəzərindən bu məsələ belə izah edilir: metal və dielektriklərdə müsbət və mənfi zərrəciklərin miqdarı eynidir, ancaq dielektriklərdə onların hamısı (elektronlar da daxil olmaqla) bağlı haldadır. Odur ki, elektrik sahəsi onları tarazlıq vəziyyətlərinə nəzərən bir qədər sürüşdürə bilər, ancaq sərbəstləşdirə bilməz. Metallarda isə əksinə, hətta Т=0К temperaturunda xeyli miqdarda sərbəst (keçirici) elektronlar mövcuddur. Yarımmetallarda sərbəst elektronların sayının nisbətən az olmasına baxmayaraq, mütləq sıfır temperaturunda onlar az da olsa elektrik keçiriciliyinə malikdir. Yarımkeçiricilərdə elektronlar Т=0К temperaturda bağlı haldadır, lakin yarımkeçiricini qızdırmaqla və ya xarıcı amillərin təsirilə elektronları sərbəstləşdirmək olar, bu da nəticə etibarı ilə yarımkeçiricilərin elektrikkeçiriciliyini idarə etməyə imkan verir. Ancaq yuxarıda şərh etdiyimiz klassik yanaşma bəzi maddələrdə elektronların nə üçün bağlı, digərlərində isə sərbəst olduğunu izah edə bilmir. Bu məsələni bərk cimilərdə elektronların energetik spektrlərinin kvant nəzəriyyəsi, yəni bərk cisimlərin zona nəzəriyyəsi əsasında izah etmək mümkün olmuşdur. Kristallar üçün zona nəzəriyyəsini F. Blox (1928-ci il) və L. Brülluyen (1930-cu il) vermişdir. Bu nəzəriyyəyə əsasən iki eyni atom yaxınlaşdıqda, onların elektronlarının dalğa funksiyaları biri-birini örtür. Pauli prinsipinə əsasən spinləri əks istiqamətə yönəlmiş bütün elektronların enerjisi onların izolyasiya edilmiş atomdakı enerjilərindən kiçik qiymət alır, ona görə onları sərbəstləşdirmək üçün əlavə enerji tələb olunur. Beləliklə, qarşılıqlı təsirdə olan N atomda hər bir atoma məxsus diskret səviyyə əvəzinə 2N elektrondan ibarət olan zona yaranır. Real bərk cisimlərdə zonalar ancaq valent elektronları üçün yaranır, bağlı elektronlarda isə dalğa funksiyaları biri-birini örtmədiyindən energetik halın quruluşu elə sərbəst atomda olduğu kimi qalır (Şəkil 1.1, a).
Kristalların fiziki xassələri, xüsusilə də onların elektrikkeçiriciliyi valent zonası, keçirici zona, onlar arasındakı məsafə (qadağan olunmuş zolağın eni, Eg) və Fermi səviyyəsinin vəziyyətilə müəyyən olunur. Şəkil 1.1,b–də dielektrikin energetik quruluşu verilmişdir. Şəkildən göründüyü kimi energetik quruluş dolu valent zonası, boş keçirici zona və böyük qadağan olunmuş zonadan ibarətdir (Eg ≥ 3eV). Yarımkeçirici maddələr oxşar energetik quruluşa malikdir, ancaq yarımkeçiricilərdə qadağan olunmuş zonanın eni dielektriklərə nəzərən kiçikdir, Eg ≤ 3eV (Şəkil 1.1, c).
|
| |