Yarim o’tkazgichlarda elektr toki va uning kirishmalarga

|
Yarim o’tkazgichlarda elektr toki va uning kirishmalarga
|
bet | 72/119 | Sana | 14.06.2024 | Hajmi | 4,04 Mb. | | #263652 | Turi | Учебник |
Bog'liq 21558 2 CDEAD1DE360DB13C9B7A03EFD7ECBD40E7F94F1FYarim o’tkazgichlarda elektr toki va uning kirishmalarga bog’liqligi. Yarimo’tkazgichlar — elektr tokini yaxshi o’tkazuvchi moddalar (o’tkazgichlar, asosan metallar) va elektr tokini amalda o’tkazmaydigan moddalar (izolyatorlar yoki dielektriklar) orasidagi oraliq vaziyatni egallagan moddalar sinfi. Yarimo’tkazgichlarning xossalari va xarakteristikalari ularning tarkibidagi kirishmalarning mikroskopik miqdoriga kuchli bog’langandir. Yarimo’tkazgich tarkibidagi kirishma miqdorini protsentning o’n millionli ulushlaridan to 0,1 — 1% gacha o’zgartirib, uning elektr o’tkazuvchanligini millionlarcha marta oshirish mumkin. Yarimo’tkazgichlarning boshqa bir muhim xossasi shundaki, ularda elektr tokini o’tkazishda faqat manfiy zaryadlar — elektronlar emas, balki (qiymati elektron zaryadiga teng) musbat zaryadlar — kovaklar ham qatnashadi (7.1-rasm)
7.1- rasm. O’tkazuvchan va valent zona.
Misol uchun yarim o’tkazgichning tipik vakili bo’lgan germaniyni qaraylik. Uning tartib nomeri 32 va to’rtta elektron qobig’i mavjud: 1-qobig’ida 2 ta; 2- qobig’ida–8ta, 3-qobig’ida–18ta, 4-qobig’ida esa 4 ta elektron joylashgan (7.2- rasm). Uchta ichki qobiqdagi elektronlar turg’un bo`lib, kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etmaydi. Oxirgi to’rtinchi qobig`’dagi elektronlar esa atom yadrosi bilan juda kuchsiz bog’langan. (7.2-rasm)
7.2-rasm. Germaniy atomining tuzilishi.
Aynan shu elektronlar elementning boshqa atomlarning nechtasi bilan kimyoviy bog’lanishga kira olish qobiliyatini ko’rsatib mazkur elementning valentligini aniqlaydi. Shuning uchun ham oxirgi qobiqdagi elektronlarga tashqi yoki valentli elektonlar deyiladi. Tashqi qobiqda to’rtta elektroni mavjud bo’lgan germaniyning valentligi too’rtga teng. Mazkur atomga boshqa atomlar yaqinlashganida valent elektronlar boshqa atomning valent elektronlari bilan oson ta’sirlashadi va kimyoviy bog’lanish hosil qiladi. Atom qobig’iga ma’lum energiya berilganda atomnig ionlashuvi ro’y berishi mumkin. Aynan so’nggi qobiqdagi elektronni ozod qilish uchun eng kam energiya taqozo qilinadi. Germaniy, kremniy va yarim o’tkazgichlarning boshqa bir qancha vakillari kristall moddalar hisoblanadi. Ularning atomlari ma’lum qonuniyatlarga muvofiq joylashgan bo’ladi.
Agar hech qanday kirishmalar mutlaqo bo’lmagan ideal yarimo’tkazgich kristallni olsak, uning elektr tokini o’tkazish xususiyati xususiy elektr o’tkazuvchanlik deb ataluvchi kattalik bilan aniqlanadi. Kimyoviy jihatdan toza yarim o’tkazgichlar xususiy yarimo’tkazgichlar deb ataladi. Ularga bir qator kimyoviy toza elementlar (germaniy - Ge, kremniy - Si, selen - Se, tellur - Te) va kimyoviy birikmalar (galliy arsenidi - GaAs, indiy arsenidi - InAs, indiy antimonidi - InSb, Karbid kremniy - SiC va xokazolar) kiradi.
Yarimo’tkazgich kristallda atomlar tashqi elektron qobig’i elektronlari yordamida o’zaro bog’langan. Atomlarning issiqlik tebranishlari vaqtida issiqlik energiyasi bog’lanish hosil qiluvchi elektronlar orasida notekis taqsimlangan bo’ladi. Ayrim elektronlar o’z atomidan uzilib ketish va kristallda erkin ko’cha olish imkonini beradigan yetarli miqdordagi issiqlik energiyasiga ega bo’lib olishi mumkin (boshqacha aytganda, ular o’tkazuvchanlik zonasiga o’tadi). Elektronning bunday uzilib ketishi atomning elektr neytralligini buzadi, unda ketib qolgan elektron zaryadiga miqdoran teng musbat zaryad vujudga keladi. Elektrondan bo’shab qolgan bu holatni kovak deyiladi. Bo’sh holatni (vakant joyni) qo’shni bog’lanishdagi elektron egallashi mumkin bo’lgani sababli kovak ham kristall ichida ko’chib yura oladi va u musbat zaryadli tok tashuvchilik vazifasini o’taydi.
Tabiiyki, bunday sharoitda elektronlar va kovaklar teng miqdorda vujudga keladi va bunday ideal kristallning elektr o’tkazuvchanligini ham musbat, ham manfiy zaryadlar bir xilda belgilaydi.
Agar asosiy yarimo’tkazgich atomi o’rniga tashqi elektronlar qobig’ida asosiy yarimo’tkazgich atomiga nisbatan bitta elektron ortiq bo’lgan kirishma atomi joylansa, u holda bunday elektron kristalldagi atomlararo bog’lanish tashkil qilish uchun kerakmasdek, o’z atomi bilan zaif bog’langandek bo’lib qoladi. Uni o’z atomidan ajratib yuborish va erkin elektronga aylantirish uchun yakka atomdan ajratish uchun kerak bo’ladiganidan o’nlarcha marta kam energiya yetarlidir. Bunday kirishmalarga donor kirishmalar, ya’ni “ortiqcha” elektron beradigan kirishmalar deyiladi. (7.3-rasm)
Elektronidan ajralgan kirishma atomi, tushunarliki, musbat zaryadlanadi, ammo bu holda kovak paydo bo’lmaydi, chunki faqat atomlararo to’lmagan bog’lanishdagi elektron vakansiyasi kovak bo’la oladi, mazkur holda esa barcha bog’lanishlar to’ldirilgan. Bu musbat zaryad o’z atomi bilan bog’langanligicha (harakatsiz) qoladi va elektr o’tkazish protsessida qatnasha olmaydi. Yarimo’kazgichga tashqi elektronlar qobig’ida asosiy modda atomiga nisbatan kamroq elektron bo’lgan kirishma kiritilsa, u to’lmagan bog’lanishlar, ya’ni kovaklar paydo bo’lishiga olib keladi. Yuqorida aytilganidek, bu vakansiyani qo’shni bog’lanishdagi elektron egallashi mumkin bo’lib, bunda kovak kristall bo’yicha erkin ko’chish imkonini oladi. Elektronni “qabul qiluvchi” bunday kirishmalarga akseptor kirishmalar deyiladi. (7.4-rasm)
U yoki bu tipdagi kirishmalar miqdori oshgan sari kristallning elektr o’tkazuvchanligi borgan sari ravshan ifodalanadigan elektron yoki kovak o’tkazuvchanlik bo’lib qoladi. Negativ va positiv degan lotin so’zlarining birinchi harflari bilan muvofiq ravishda elektron elektr o’tkazuvchanlikka n-tip, kovak elektr o’tkazuvchanlikka p-tip elektr o’tkazuvchanlik deyiladi.
7.3-rasm. 7.4-rasm.
Shu yo’sinda mazkur yarimo’tkazgich uchun harakatchan zaryad tashuvchilarning qaysi tipi asosiy, qaysinisi asosiy emasligi ta’kidlanadi. Kirishmalar mavjudligidagi (ya’ni kirishmali) elektr o’tkazuvchanliklar kristallda avvalgidek ikki tipdagi tashuvchilar qolaveradi: yarimo’tkazgichga asosan kirishmalar kiritish hisobiga paydo bo’lgan asosiy tashuvchilar va issiqlik harakati taqozo qilgan asosiy bo’lmagan tashuvchilar bo’ladi. Muayyan yarimo’tkazgich uchun ma’lum temperaturada dagi elektronlar soni (konsentratsiyasi) n va kovaklar soni p ko’paytmasi o’zgarmas miqdorlari soni bo’lishini ta’kidlab o’tish lozim. Bu kirishmalarni kiritish hisobiga mazkur tipdagi tashuvchilar konsentratsiyasini bir necha marta orttirib, boshqa tipdagi tashuvchilar konsentratsiyasini o’shancha marta kamaytirish demakdir. Yarimo’tkazgichlaming yuqorida bayon qilinganlardan kelib chiqadigan muhim xossasi ularning temperaturaga va nurlanishga kuchli sezgirligidir. Temperatura ko’tarilgan sari kristallda atomlaming tebranishlari o’rtacha energiyasi ortadi va tobora ko’proq miqdorda bog’lanishlar uziladi. Tobora yangi va yangi elektronlar hamda kovaklar juftlari paydo bo’ladi. Yetarlicha yuqori temperaturalarda xususiy issiqlik o’tkazuvchanlik kirishma o’tkazuvchanligi bilan tenglashadi, hatto undan oshib
ketadi. Kirishmalar konsentratsiyasi qancha yuqori bo’lsa, bu effekt shuncha yuqoriroq temperaturada sodir bo’ladi.
|
| |