Yarim o‘tkazgichlarning elektr xususiyatlari

Yarim o‘tkazgichlarning elektr xususiyatlari
Yarim o‘tkazgichlar elektr o‘tkazuvchanligi jihatidan metall o‘tkazgichlar va dielektriklar orasida turuvchi materiallar hisoblanishadi. Metall o‘tkazgichlarning solishtirma o‘tkazuvchanligi 104-106Om-1∙sm-1, yarim o‘tkazgichlarniki 10-10-104 Om-1·sm-1, dielektriklarda esa bu qiymat 10-20–10-10Om-1∙sm-1 ni tashkil etadi. Bundan tashqari, barcha metall o‘tkazgichlarning harorat ko‘tarilishi bilan elektr o‘tkazuvchanligi pasaysa, o‘z navbatida yarim o‘tkazgichlarda va dielektriklarda oshadi.
O‘tkazgichlarda ko‘plab miqdordagi erkin elektronlar bo‘lib, ularning yo‘naltirilgan harakati tufayli tok o‘tkazuvchanligi yuzaga keladi. Yarim o‘tkazgichlarda esa erkin elektronlarning soni kam. Yarim o‘tkazgichlarda valentli elektronlarning o‘z atomlari bilan bog‘lanib turishi, ya’ni ularning erkin bo‘lmasligi bilan bu holat tushuntiriladi. Yarim o‘tkazgichlarning yana bir o‘ziga xos xususiyati shundan iboratki, ularga tashqi tomondan ta’sir ko‘rsatish, ya’ni qizdirish, nurlantirish va aralashmalar qo‘shish hisobiga tok hosil qilish va ularni keng chegaralarda o‘zgartirish mumkin. Bu yarim o‘tkazgichlardagi valentli elektronlarning energiyasini oshishiga sabab bo‘ladi. Ushbu energiya hisobiga valentli elektronlar o‘z atomlaridan ajralib chiqadi va berilgan kuchlanish ta’sirida yo‘naltirilgan xarakatga kelishadi, ya’ni tok tashuvchilar yuzaga keladi.
Qanchalik yarim o‘tkazgichning harorati yuqori yoki intensiv ravishda nurlantirish amalga oshirilsa, shunchalik unda erkin elektronlar soni ko‘p, natijada yarim o‘tkazgichda tokning miqdori ham yuqori bo‘ladi. Buning natijasida yarim o‘tkazgichda elektron elektr o‘tkazuvchanlik yoki p-tipidagi* o‘tkazuvchanlik yuzaga keladi. Erkin elektronlar yarim o‘tkazgichning o‘z atomiga tegishli bo‘lganligi bois, bunday elektr o‘tkazuvchanlik – xususiy o‘tkazuvchanlik deb ataladi.
Elektronlarini yo‘qotgan yarim o‘tkazgich atomlari musbat zaryadlangan ionlarga aylanishadi. Ushbu atomlar o‘z joylarida mustahkam turgan holda harakatlanisha olishmaydi. Atomning tashqi orbitasida elektron ketgan joy – teshik deb ataladi. Bu joyni qo‘shni atomni tashlab ketgan boshqa bir elektron egallashi mumkin.
1-rasm
Shu tarzdagi elektronlarning saqrashi hisobiga qo‘shni atomda ham teshik paydo bo‘ladi, ya’ni u musbat zaryadlangan zarracha ionga aylanadi.
Agar yarim o‘tkazgichga elektr kuchlanish berilsa, elektronlar bir atomdan boshqasiga bir xil yo‘nalishda harakatga keladi. Teshiklar esa qarama-qarshi yo‘nalishda paydo bo‘ladi. Zaryadi elektron zaryadiga teng bo‘lgan musbat zaryadlangan zarracha teshik deb ataladi.
Elektronlar harakatiga qarama-qarshi yo‘nalgan teshiklarning harakati teshikli tok deb ataladi. Teshikli tok tufayli yuzaga kelgan yarim o‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligi teshikli yoki n-tipidagi* o‘tkazuvchanlik deyiladi.
Shunday qilib, elektronlarning bir yo‘nalish, teshiklarning qarama-qarshi yo‘nalish bo‘yicha harakatlanishi yarim o‘tkazgichlarning xususiy o‘tkazuvchanligini belgilaydi, chunki tok tashuvchilar (elektronlar va teshiklar) yarim o‘tkazgichning xususiy atomiga tegishli hisoblanishadi.
Bu holatda umumiy tok I elektron Ie va teshikli toklar It ning yig‘indisidan tashkil topadi.
Yarim o‘tkazgichlarning xususiy elektr o‘tkazuvchanligi paytida elektronlar Ne va Nt teshiklar soni bir biriga teng. Ammo Ia > It, chunki, elektronlarning harakatchanligi teshiklarnikidan yuqori. Tok tashuvchilarning harakatchanligi elektronlar υe yoki va teshiklar harakat tezligi υt ning yarim o‘tkazgichdagi elektr maydoni kuchlanishi E ga nisbatiga teng.
Bu paytda elektronlarning harakatchanligi μe=υe/E, teshiklar harakatchanligi μd=υt /E ga tengligi aniqlanadi. Shunday qilib, hxarakatchanlik E = 1 V/sm kuchlanish ostida 1 s ichida elektron yoki teshiklarning qancha masofa bosib o‘tganligini ko‘rsatadi. Yuqoridagilarni hisobga olib, elektron va teshikli toklar uchun quyidagi ifodani yozish mumkin:
bu erda e — elektrona yoki teshikning zaryadi; E — elektr maydoni kuchlanishi.
Bu paytda Yarim o‘tkazgichdagi umumiy tok quyidagiga teng:
Yarim o‘tkazgichlarning xususiy elektr o‘tkazuvchanligi paytida elektronlar soni teshiklar soniga teng, ya’ni
Ushbu ifodani hisobga olgan holda (8) formulani quyidagicha yozish mumkin:
* p – lotincha «negativus» so‘zining birinchi harfidan olingan bo‘lib, manfiy ma’nosini bildiradi, chunki elektron – manfiy zaryadlangan zarracha hisoblanadi.
* r - lotincha «pozitivus» so‘zining birinchi harfidan olingan bo‘lib, musbat ma’nosini bildiradi, chunki teshik – musbat zaryadlangan ionni hosil bo‘lganligini bildiradi.
Yarim o‘tkazgichli to‘g‘rilagichlar yaratish uchun ko‘pincha p - yoki n-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan yarim o‘tkazgichli materiallar kerak bo‘ladi. Shuning uchun, 10-9 — 10-11 (massasi bo‘yicha) miqdordagi aralashmasi bo‘lgan yaxshilab tozalangan yarim o‘tkazgichga o‘lchangan qiymatlarda legirlovchi aralashma qo‘shiladi.
Atomlari yarim o‘tkazgichlarni erkin elektronlar bilan ta’minlovchi legirlovchi aralashmalar donorli* aralashmalar deb ataladi. Yarim o‘tkazgich atomlariga nisbatan kichik valentlikka ega bo‘lgan aralashma atomlari o‘zlariga elektronlarni qo‘shib olish xususiyatiga ega. Bunday aralashmalar akseptor aralashmalar deyiladi.
Elektron o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan yarimo‘tkazgich olish uchun, uning tarkibiga asosiy yarim o‘tkazgich atomi valentligidan bitta valentlikka yuqori bo‘lgan atomli moddalar qo‘shiladi. To‘rt valentli bo‘lgan germaniy (Ge) atomiga, atomi besh valentli bo‘lgan surma (Sb) yoki fosfor (P) qo‘shiladi.
Kiritilgan aralashmalar har bir atomining to‘rtta elektroni asosiy yarim o‘tkazgich atomlari bilan chambarchas kovalent (juft) bog‘lanish hosil qilishadi, beshinchi elektron esa bunday aloqada qatnashmaydi.
|