5.Yarim o‘tkazgich - yarim o‘tkazgich kontakti.
Yarimoʻtkazgichlar
oʻtkazuvchanligi jihatidan metall va dielektriklar orasidagi
moddalar boʻlib, oʻz fizik xususiyatlarini turli tashqi taʼsirlar (masalan yoritish, isitish va
hokazo) natijasida keng intervalda oʻzgartira olish xususiyatiga ega.
Yarimoʻtkazgichlar elektronika va mikroelektronikada juda keng qoʻllanilib, zamonaviy
elektr jihozlarning deyarli hammasi — kompyuterlardan tortib to uyali aloqa telefonlarigacha
barchasi yarimoʻtkazgichli texnologiyaga asoslangan. Eng keng qoʻllaniladigan
yarimoʻtkazgich modda kremniy boʻlib, boshqa moddalar ham keng qoʻllaniladi.
Yarimoʻtkazgichlar — elektr tokini yaxshi oʻtkazuvchi moddalar (oʻtkazgichlar, asosan,
metallar) va elektr tokini amalda oʻtkazmaydigan moddalar (dielektriklar) orasidagi oraliq
vaziyatni egallaydigan moddalar. Mendeleyev davriy sistemasida II, III, IV, V va VI
guruhlarda joylashgan koʻpchilik elementlar. Masalan: kremniy (Si), germaniy (Ge),
mishyak-galliy (GaAs), kadmiy-tellur (CdTl) va h.k. Sof yarimoʻtkazgichlar (Cr, Ge)oʻzidan
elektr tokini oʻtkazmaydi. Ularning bir qator birikmalari yarimoʻtkazgichlar jumlasiga kiradi.
Ya.da ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik elektronlarning harakati tufayli yuzaga
keladi. Biroq elektronlarning harakatlanish sharoitlari metallar va Ya.da turlicha boʻladi. Ya.
quyidagi asosiy xususiyatlarga ega: Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi temperatura koʻtarilishi
bilan ortib boradi (mas, temperatura 1 K ga ortganda Ya.ning solishtirma oʻtkazuvchanligi
16—17 marta ortadi); Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligida atom bilan sust (V guruh elementi
qoʻshilganda) bogʻlangan elektronlardan tashqari atom bilan kuchliroq bogʻlangan
elektronlar ham ishtirok etadi (baʼzi hollarda bogʻlangan elektronlar asosiy rol oʻynaydi); sof
Ya.ga oz miqdorda qoʻshilma kiritib, uning oʻtkazuvchanligini keskin oʻzgartirish mumkin
(mas, 0,01% qoʻshilma kiritilganda Ya. ning oʻtkazuvchanligi 10000 marta ortib ketadi).
Past temperaturalarda Ya.ning solishtirma qarshiligi juda katta boʻladi va amalda ular
izolyator hisoblanadi, lekin temperatura ortishi bilan ularda zaryad tashuvchilarning
konsentratsiyasi keskin ortadi. Mas, kremniyga biror element qoʻshganimizda 20° T.da erkin
elektronlar konsentratsiyasi ~10
៱
17 m³ boʻlsa. 700° da 10
៱
24 m³ gacha, yaʼni million
martadan koʻproq ortadi. Ya.da elektronlar konsentratsiyasining T.ga bunday keskin
bogʻlikligi oʻtkazuvchanlik elektronlari issiqlik harakati taʼsirida hosil boʻlishini koʻrsatadi.
Yarimoʻtkazgich kristallda atomlar valent elektronlari yordamida oʻzaro bogʻlangan.
Atomlarning issiqlik tebranishlari vaqtida issiqlik energiyasi valent elektronlar orasida
notekis taqsimlanadi. Ayrim elektronlar oʻz atomi bilan bogʻlanishni uzib, kristallda erkin
koʻchib yurish imkonini beradigan yetarli miqdordagi issiqlik energiyasiga ega boʻlib qolishi
va erkin elektronlarga aylanishi mumkin.
Tashqi elektr maydon boʻlmaganda bu erkin elektronlar tartibsiz harakat qiladi. Elektr
maydon taʼsirida esa maydonga qarshi yoʻnalishda tartiblangan harakatga kelib, Ya.da tok
hosil qiladi. Erkin elektronlar yuzaga keltirgan oʻtkazuvchanlik elektron yoki n-tip
oʻtkazuvchanlik deb ataladi (bu holatda sof yarimoʻtkazgichga V guruh elementi qoʻshilgan
holat).
Bogʻlangan elektronning oʻz atomini „tashlab ketishi“ atomning elektr neytralligini buzadi.
unda „ketib qolgan“ elektron zaryadiga miqdoran teng musbat zaryad — teshik vujudga
keladi. Tashqi elektr maydon boʻlmaganda elektronlar ham, teshiklar ham tartibsiz
harakatlanadi, tashqi maydon boʻlganda esa elektronlar maydonga qarshi, teshiklar maydon
boʻylab koʻchadi. Teshiklarning koʻchishi bilan bogliq oʻtkazuvchanlik teshikli yoki p-tip
oʻtkazuvchanlik deyiladi (bu holatda sof yarimoʻtkazgichga III guruh elementi qoʻshilgan
holat). Erkin elektronlar soni bilan teshiklar soni bir-biriga tengligi tushunarli.
Aniklanishicha, ularning harakatlanish tezligi ham bir xil ekan. Demak, Ya.dagi tok ayni
vaqtda ham elektron, ham teshikli oʻtkazuvchanlikdan vujudga keladi. Bunday
elektronteshikli oʻtkazuvchanlik Ya.ning xususiy oʻtkazuvchanligi deyiladi. Xususiy
oʻtkazuvchanlik sof Ya.da kuzatiladi. Biroq tabiatda sof Ya. yoʻq. Baʼzi qoʻshilmalar Ya.ni
erkin elektronlar bilan boyitsa, boshqa baʼzi qoʻshilmalar teshiklar bilan boyitadi. Ya.da
yuzaga keladigan bunday oʻtkazuvchanlik aralashmali oʻtkazuvchanlik deb ataladi.
Agar asosiy Ya. atomi oʻrniga elementlar davriy sistemasida undan keyingi guruhda turgan
element atomi kiritilsa, bu qoʻshilma atomning bitta valent elektroni atomlararo bogʻlanishda
ishtirok etmaydi va erkin elektronlar safiga qoʻshiladi, binobarin, n-tip oʻtkazuvchanlik
ortadi. Va, aksincha, undan oldingi oʻrinda turgan element atomi kiritilsa, atomlararo toʻla
bogʻlanishda 1 ta elektron yetishmaydi, teshik hosil boʻladi. Bunda p-tip oʻtkazuvchanlik
ortadi. Qoʻshimcha ikkinchi holda donor (elektron beruvchi) qoʻshilma, birinchi holda esa
akseptor (elektron oluvchi) qoʻshilma deb ataladi.
Shunday qilib, Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi xususiy va aralashmali oʻtkazuvchanliklar
yigʻindisidan iborat boʻladi. Yuqori T.larda xususiy oʻtkazuvchanlik, past T.larda esa
qoʻshilmali oʻtkazuvchanlik asosiy rol oʻynaydi.
Sunnat Gʻoipov.
Yarim oʻtkazgichlarning tuzilishi
Misol uchun yarim oʻtkazgichning tipik vakili boʻlgan germaniyni qaraylik. Uning tartib
nomeri 32 va toʻrtta elektron qobigʻi mavjud: 1-qobiqda 2 ta; 2-qobiqda 8ta, 3-qobiqda 18 ta,
4- qobiqda esa 4 ta elektron joylashgan. Uchta ichki qobiqdagi elektronlar turgʻun boʻlib,
kimyoviy reaksiya-larda ishtirok etmaydi. Oxirgi toʻrtinchi qobiqdagi elektronlar esa atom
yadrosi bilan juda kuchsiz bogʻlangan. Aynan shu elektronlar elementning boshqa
atomlarining nechtasi bilan kimyoviy bogʻlanishga kira olish qobiliyatini koʻrsatib, mazkur
elementning valentligini aniqlaydi. Shuning uchun ham oxirgi qobiqdagi elektronlarga tashqi
yoki valentli elektronlar deyiladi. Tashqi qobigʻida toʻrtta elektroni mavjud boʻlgan
germaniyning valentligi toʻrtga teng. Mazkur atomga boshqa atomlar yaqinlashganida valent
elektronlar boshqa atomning valent elektronlari bilan oson taʼsirlashadi va kimyoviy
bogʻlanish hosil qiladi. Atom qobigʻiga maʼlum energiya berilganda atomnig ionlashuvi roʻy
berishi mumkin. Aynan soʻnggi qobiqdagi elektronni ozod qilish uchun eng kam energiya
taqozo qilinadi. Germaniy, kremniy va yarim oʻtkazgichlarning boshqa bir qancha vakillari
kristall moddalar hisoblanadi. Ularning atomlari maʼlum qonuniyatlarga muvofiq joylashgan
boʻladi.
Oʻtkazgichlar, yarim oʻtkazgichlar, izolyatorlar
Elektronni valent zonadan oʻtkazish zonasiga oʻtkazish uchun tashqaridan malum energiya
berish kerak. Elektron turgʻun holatdan (toʻldirilgan holatdan) . erkin holatga (oʻtkazish
zonasiga) oʻtishda yengish kerak boʻlgan man qilingan zonanirtg kengligi qattiq jismlarni
metallar, yarim oʻtkazgichlar va izolyatorlarga ajratishning asosiy mezonlaridan biridir.
Bunga keltirilgan sxemalardan osongina ishonch hosil qilish mumkin. Zonalarning
elektronlar bilan toʻldirilganligi va man qilingan zonaning kengligiga qarab toʻrtta hoi
boʻlishi mumkin. Eng yuqori zona elektronlar bilan qisman toʻldirilgan, yaʼni unda boʻsh
sathlar mavjud. Bu holda elektron juda kam energiya olganda ham shu zonaning yuqoriroq
energetik sathiga oʻtishi, yaʼni erkin boʻlib, tok oʻtkazishda ishtirok etishi mumkin. Demak,
qattiq jismda qisman toʻldirilgan zona mavjud boʻlsa, bu jism elektr tokini oʻtkazadi. Aynan
shu xususiyat metallarga xosdir. Agar valent zona va oʻtkazish (erkin) zonasi bilan qisman
ustma-ust tushsa ham, qattiq jism elektr tokini oʻtkazuvchi boʻladi. Bu Mendeleyev
elementlar davriy sistemasidagi II guruh elementlari Be, Mg, Ca, Zn ….larga xos
xususiyatdir. Energetik sathlari faqat valent zona va oʻtkazish zonasidan iborat qattiq jismlar,
man qilingan zonasining kengligiga qarab dielektriklar va yarim oʻtkazgichlarga ajratiladi.
Agar kristallning man qilingan zonasining kengligi bir necha elektron-volt boʻlsa, issiqlik
harakati elektronni valent zonadan oʻtkazish zonasiga sakrata olmaydi va bunday kristallarga
dielektriklar deyiladi. Agar man qilingan zona uncha katta boʻlmasa (AE~ 1 eV), elektronni
valent zonadan oʻtkazish zonasiga issiqlik yoki biror boshqa taʼsir bilan koʻchirish mumkin.
Bunday kristallarga yarim oʻtkazgich-lar deyiladi. Masalan, germaniy uchun AE= 0,72 eV,
kremniy uchun AE=1.11 eV ni tashkil qiladi. Shunday qilib, oʻtkazgichlar uchun man
qilingan zonaning kengligi noʻlga teng, yarim oʻtkazgichlar uchun 2eV dan oshmaydi,
dielektriklar uchun esa 2eV dan katta boʻladi.
Document Outline
|
