valent elektronlari juftlashib umumlashishi hisobiga amalga oshadi.
Bunday
bog‘lanish kovalent bog‘lanish deb ataladi.
Elektronlar harakatlanganda ularning ispulsi P va energiyasi W o‘zgaradi.
Bunda elektron energiyasining impulsga bog‘liqligi o‘tkazuvchanlik zona tubi va
valent zona shipi yaqinida taxminan kvadratik (elektron massasi taxminan
o‘zgarmas) bo‘ladi. Impuls P elektronlar to‘lqin vektori k bilan bevosita bog‘liq.
Arsenid galliy va kremniy uchun W=f(k) bog‘liqlik 3-rasmda keltirilgan. Arsenid
galliyning valent va o‘tkazuvchanlik zonalari uchun W=f(k) parabolaning
cho‘qqilari k ning bir xil qiymatlariga, kremniy uchun esa turli qiymatlariga mos
keladi. Arsenid galliyda elektron zonalararo o‘tganda
harakatning avvalgi
holatida qoladi, ya’ni k qiymati o‘zgarmaydi. Kremniyda esa elektronning to‘lqin
vektori k zonalararo o‘tish amalga oshirilganda aniqlik kiritilishiga muhtoj.
Kristall panjara tebranishlari zonalararo o‘tish sodir etayotgan elektronga uning
impulsini saqlash imkonini yaratadi.
Odatda, arsenid galliy holida zonalararo to‘g‘ri (vertikal) o‘tish haqida,
kremniy holida esa, to‘g‘ri bo‘lmagan zonalararo o‘tish haqida so‘z yuritiladi
va ular mos ravishda, zonalararo to‘g‘ri
11-rasm
8-rasm. Bir jinsli yarimo‘tkazgich materiallar –arsenid galliy (a) va
kremniy (b)da valent zona shipi (Wυ) va o‘tkazuvchanik zona tubi (WC) ning
energetik o‘rinlari hamda arsenid galliy (v) va kremniy (g)da Wυ va WC
qiymatlarining to‘lqin vektori k ga bog‘liqligi hamda to‘g‘ri bo‘lmagan o‘tish deb
ataladi.
Umumiy holda, elektron energiyasining zonadagi impulsga bog‘liqligi
kvadratik emas. O‘tkazuvchanlik zona tubi yaqinida bir yoki bir nechta lokal
minimumlar mavjudligi tufayli W=f(k) bog‘lanish yuqori aniqlikda parabola
ko‘rinishda, elektronlarning
effektiv massasi esa, o‘zgarmas bo‘lishi mumkin.
Ushbu minimumlarning to‘lqin soni noldan farqli qiymatlarda joylashadi.
Masalan, arsenid galliyda taqiqlangan zona kengligi o‘tkazuvchanlik zona
to‘g‘ri o‘tishi minimumi 1,43 eV (3 v-rasm, G- minimum) bilan aniqlanadi,
energiya 1,9 eVga teng bo‘lganda esa, <100> kristallografik yo‘nalishga siljigan,
to‘g‘ri bo‘lmagan minimum (X – minimum) mavjud.
Kremniyda X – minimum taqiqlangan zona kengligini aniqlovchi asosiy
minimumdir (3-b va g-rasmlar). Bu holda, yarimo‘tkazgich «to‘g‘ri bo‘lmagan»
zonalar tizimiga ega bo‘ladi. Bunda elektronlarning
valent zonadan
o‘tkazuvchanlik zonaga yorug‘lik kvanti ta’siri ostida hν≥Wg o‘tishi qiyinroq
kechadi. Haqiqatan ham, bunda elektron o‘zining harakat holatini (∆k qiymatga)
keskin o‘zgartirishi hamda unga uzatiladigan yoki undan olinadigan energiya ∆ga
o‘zgartirilishi kerak (3 g-rasmga qarang).
Yarimo‘tkazgichlarda taqiqlangan zona kengligi Wg eng muhim parametr
hisoblanadi. Temperatura ortishi bilan taqiqlangan zona kengligi kamayib boradi.
Kremniy va arsenid galliy uchun Wg(T) bog‘lanish monoton bo‘lib, u quyidagi
ifodaga binoan approksimatsiyalanadi:
[eV], (21)
[eV].
636
10
73
.
4
174
.
1
2
4
T
T
Wg
Si
204
10
405
.
45
519
.
1
2
4
T
T
Wg
GaAs
Elektronikada keng qo‘llaniladigan yarimo‘tkazgichlarning xona
temperaturasi (300 K)da taqiqlangan zona kengligi Wg germaniy uchun – 0,67
eV, kremniy uchun – 1,12 eV, arsenid galliy uchun – 1,43 eV ni tashkil etadi.
Dielektriklarning taqiqlangan zona kengligi Wg
3 eV.
Absolyut nol temperaturada (0 K) yarimo‘tkazgich va die-lektriklar valent
zonasining barcha energetik sathlari elektronlar bilan to‘ldirilgan,
o‘tkazuvchanlik sohasidagi energetik sathlar esa bo‘sh bo‘ladi. Metallarda
o‘tkazuvchanlik zonasining faqat pastki qismi to‘ldirilishi mumkin.
