U. U. Iskandarov, O. S. Rayimdjanova, M. A. Akbarova, S. J. Yo‘lchiboyeva - bet 12

e
va teshikli toklar I
t
ning yig‘indisidan tashkil
topadi.
(1.5.1)
Yarim o‘tkazgichlarning xususiy elektr o‘tkazuvchanligi paytida elektronlar N
e
va N
t
teshiklar soni bir biriga teng. Ammo I
a
> I
t
, chunki, elektronlarning harakatchanligi
teshiklarnikidan yuqori. Tok tashuvchilarning harakatchanligi elektronlar υ
e
yoki va teshiklar
harakat tezligi υ
t
ning yarim o‘tkazgichdagi elektr maydoni kuchlanishi E ga nisbatiga teng.
Bu paytda elektronlarning harakatchanligi μ
e
=υ
e
/E, teshiklar harakatchanligi μd=υ
t
/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:
(1.5.2, 1.5.3)
bu erda e — elektrona yoki teshikning zaryadi; E — elektr maydoni kuchlanishi.
Bu paytda Yarim o‘tkazgichdagi umumiy tok quyidagiga teng:
(1.5.4)
Yarim o‘tkazgichlarning xususiy elektr o‘tkazuvchanligi paytida elektronlar soni
teshiklar soniga teng, ya’ni
(1.5.5)
Ushbu ifodani hisobga olgan holda formulani quyidagicha yozish mumkin:
(1.5.6)
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 yarim o‘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.
Ionlashgan donorlar
1.5.2-rasm. Donor aralashma sifatida fosfor qo‘shilgan yassi kristall panjarali germaniy
O‘z navbatida ushbu elektron erkin holatga o‘tishi va berilgan kuchlanish ta’sirida
yarim o‘tkazgichda elektronli tokni yuzaga keltirishi mumkin. Rasmdan ko‘rinib turibdiki,
asosiy tok taShuvchilar elektronlar hisoblanishadi. Ular n-tipidagi aralashmali elektr
o‘tkazuvchanlikni hosil qilishadi. Germaniy element atomini ionlashlashtirish hisobiga uchta
elektron va unga mos ravishda uchta teshik hosil qilinadi. Ushbu tok tashuvchilar yarim
o‘tkazgichning xususiy elektr o‘tkazuvchanligini yuzaga keltiradi. Yarim o‘tkazgichda
umumiy tok elektron va teshikli toklarning yig‘indisiga teng, ammo elektron tok teshikli
tokka nisbatan ko‘p marta katta (2-rasm).
*Donor – lotincha «donare» so‘zidan olingan bo‘lib, sovg‘a qilish, berish ma’nolarini
bildiradi.
*Akseptor - lotincha «akseptare» so‘zidan olingan bo‘lib, qabul qilish, olish ma’nolarini
bildiradi.
1.5.3-rasm. Donor aralashmali yarim o‘tkazgichlarda elektron va teshiklarning harakat
sxemasi
Agar germaniyga qandaydir akseptorli aralashma, misol uchun bor (B) qo‘shilsa,
aralashmalarning har bir atomlari germaniy atomi bilan mos ravishda uchta kovalent
bog‘lanish hosil qilishadi. Ammo, borda faqatgina uchta valentli elektronlar bo‘lganligi bois,
germaniyning yaqin bo‘lgan uchta atomlari bilan aloqa o‘rnatishi mumkin. Germaniyning
to‘rtinchi atomi bilan bog‘lanadigan borning to‘rtinchi elektroni yo‘q. Shunday qilib,
germaniyning bir nechta atomlarida bittadan kovalent bog‘lanmagan elektronlari hosil bo‘lib
qoladi. Unchalik katta bo‘lmagan tashqi ta’sir tufayli elektronlarni joylarini tashlab
ketgazishga va germaniy atomlarida teshiklarni yuzaga kelishiga erishish mumkin (3-rasm).
Ionli akseptorlar
1.5.4-rasm. Akseptor aralashma sifatida bor elementi qo‘shilgan yassi kristall panjarali
germaniy: 1,3 va 5 – hosil bo‘lgan teshiklar; 2,4 va 6 ozod bo‘lgan elektronlar
Ozod bo‘lgan 2,4 va 6 germaniy atomining elektronlari bor atomi bilan bog‘lanadi. Bor
atomlari bilan egallangan 2,4 va 6 elektronlar yarim o‘tkazgichda elektr toki hosil qila
olishmaydi. Germaniy atomida hosil bo‘lgan 1, 3 va 5 teshiklar o‘rniga qo‘shni atomlardan
elektronlar o‘ta boshlaydi. Ularning o‘rnida o‘z navbatida yangidan teshiklar paydo bo‘ladi.
Shunday qilib, hosil bo‘lgan musbat zaryadli teshik germaniyning bir atomidan
boshqasiga, undan esa keyingisiga o‘tadi va hokazo. Berilayotgan kuchlanish hisobiga bu
teshiklarning harakati tartibga solinadi, ya’ni yarim o‘tkazgichda teshikli tok hosil bo‘ladi,
buning natijasida n-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlik yuzaga keladi. Yarim o‘tkazgichlarda
aralashmali n-tipidagi elektr o‘tkazuvchanlikdan tashqari germaniy atomining erkin holdagi
bir qancha elektron va teshiklar jufti ham bo‘ladi. O‘z navbatida xususiy elektr
o‘tkazuvchanlik ham kuzatiladi.
Yarim o‘tkazgichda umumiy tok ilgarigidek elektron va teshikli toklarning yig‘indisiga
teng, bu holatda teshikli tokning qiymati elektronnikidan etarli darajada yuqori bo‘ladi. 4-
rasmda akseptor aralashmali yarim o‘tkazgichda teshik va elektronlarning harakat sxemasi
tasvirlangan. Sxemadan ko‘rinib turibdiki, musbat zaryadlangan zarrachalar (teshiklar)
elektronlardan anchagina ko‘p. Ko‘rib o‘tilgan misollar shuni ko‘rsatadiki, aralashmalar
sezilarli darajada yarim o‘tkazgichlarning elektr o‘tkazuvchanligini oshiradi.
1.5.5-rasm. Akseptor aralashmali yarim o‘tkazgichlarda elektron va teshiklarning
harakat sxemasi
Berilayotgan kuchlanish ta’siri hisobiga elektron va teshiklar yarim o‘tkazgichda harakat
paytida turli xil to‘siqlarga uchraydi. Bu paytda ular o‘zlarining ma’lum bir energisini
yo‘qotishadi va o‘z yo‘lidan chekkaga og‘ishi mumkin, ya’ni tok tashuvchilarning behudaga
tarqalishi kuzatiladi. Bu holatning yuz berishi asosan turli xil zararli aralashmalarga bog‘liq.
Qanchalik yarim o‘tkazgich toza bo‘lsa, shunchalik tok tashuvchilar behudaga kamroq
tarqaladi va shunchalik elektron va teshiklarning harakatchanligi yuqori bo‘ladi.
Harorat oshishi bilan barcha yarim o‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi oshadi (5-rasm)
hamda yarim o‘tkazgichga qancha ko‘p donorli va akseptorli aralashma kiritilgan bo‘lsa,
shunchalik o‘tkazuvchanlik intensiv ravishda o‘sadi. T
1
haroratgacha yarim o‘tkazgichda
aralashmalar zaryadining yo‘naltirilgan harakati hisobiga yuzaga kelgan aralashmali
o‘tkazuvchanlik kuzatiladi. T
1
-T
2
harorat chegarasida yarim o‘tkazgichning o‘tkazuvchanligi
bir muncha pasayadi. Bu holat, uning atomlarida kuzatiladigan erkin elektron va teshiklarning
harakatiga to‘sqinlik qiladigan intensiv darajadagi issiqlik tebranishlari hisobiga yuz beradi.
Haroratni yanada oshirganda (T
2
dan yuqori) yarim o‘tkazgichda xususiy o‘tkazuvchanlik
yuzaga keladi va ko‘plab yangi teshik va elektronlar paydo bo‘ladi. Ularning yo‘naltirilgan
harakati hisobiga yarim o‘tkazgichlarda tokning qiymati oshadi. Buning hisobiga yarim
o‘tkazgichning solishtirma o‘tkazuvchanligi keskin ko‘tariladi. Yarim o‘tkazgich solishtirma
o‘tkazuvchanligining haroratga bog‘liqlik grafigi: 1–legirlovchi aralashma kam qatnashgan
(kichik konsentratsiyali) yarim o‘tkazgich; 2-legirlovchi aralashma ko‘p qatnashgan (yuqori
konsentratsiyali) yarim o‘tkazgich
1.5.6-rasm.
2 egri chiziq T
1
-T
2
harorat intervalida yuqori darajada legirlangan yarim o‘tkazgich
o‘tkazuvchanligining pasayganligini ko‘rsatmaydi. Bu holatning kuzatilishiga yarim
o‘tkazgichga ko‘plab darajadagi aralashmali elektron va teshiklarning kiritilganligi sabab
bo‘ladi. Ushbu aralashmali tok tashuvchilarning qatnashishi T
1
-T
2
haroratlarda to‘liq
darajada yarim o‘tkazgichlar o‘tkazuvchanligi turg’un bo‘lishiga ko‘maklashadi.
Absolyut nol harorat sharoitida (-273ºC) elektronlar o‘z harakatchanligini yo‘qotiladi,
shuning uchun yarim o‘tkazgichlar dielektriklarga aylanadi.
Yarim o‘tkazgichlarda tokning berilgan kuchlanishga chiziqli bo‘lmagan bog‘liqligi,
yarim o‘tkazgichning xarakterli xususiyati hisoblanadi, ya’ni bu paytda tok I kuchlanish U ga
nisbatan sezilarli darajada tezroq o‘sadi (1.5.7-rasm). Shu bilan birgalikda tok I oshishi bilan
yarim o‘tkazgichning elektr qarshiligi R kamayadi.
|