5-mavzu.
Xususiy yarim o’tkazgichlarning o’tkazuvchanligi.
REJA:
1. Xususiy yarim o’tkazgichlar haqida tushunchalar.
2. Xususiy yarim o’tkazgichlarning tashqi tasirga sezuvchanligi, elektron va
kovak paydo bo’lish shartlari.
3. Xususiy tok tashuvchilar konsentrasiyasi.
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 (
B, C, Ge, Sn, P, Te,
Se, In, Sb, As, S, Si
) va ularning bir qator birikmalari yarimo'tkazgichlar
jumlasiga kiradi.
Element va kristall panjara tuzilishiga ko’ra yarimo’tkazgichlar oltita
guruhga bo’linadilar:
1. Elementar yarimo’tkazgichlar: Si, Ge va Sn.
2. Birikmali yarimo’tkazgichlar
A
III
B
V
: AlAs, AlP, GaAs, GaP, InAs va InP.
3. Birikmali yarimo’tkazgichlar
A
II
B
VI
: CdS, CdSe, CdTe va ZnS.
4. Birikmali yarimo’tkazgichlar
A
IV
B
IV
: SiC, SiGe.
5. Birikmali yarimo’tkazgichlar
A
VI
B
VI
: PbS, PbSe va PbTe
.
6. Murakkab yarimo’tkazgichlar materiallar: Zn
x
Ga
1 -x
As, Zn
x
Hg
1 -x
Te
.
Yarimo'tkazgichlarda ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik
elektronlarning harakati tufayli yuzaga keladi.
Biroq elektronlarning
harakatlanish sharoitlari metallar va yarimo'tkazgichlarda turlicha boʻladi.
Yarimo'tkazgichlar quyidagi asosiy xususiyatlarga ega: yarimo'tkazgichlarning
elektr oʻtkazuvchanligi temperatura koʻtarilishi bilan ortib boradi (masalan,
temperatura 1 K ga ortgandayarimo'tkazgichlarning solishtirma oʻtkazuvchanligi
16-17 marta ortadi); yarimo'tkazgichlarning elektr oʻtkazuvchanligida erkin
elektronlardan tashqari atombilan bogʻlangan elektronlar
ham ishtirok etadi
(baʼzi
hollarda
bogʻlangan
elektronlar
asosiy
rol
oʻynaydi);
sof
yarimo'tkazgichlarga
oz
miqdorda
aralashma
kiritib,
uning
oʻtkazuvchanligini keskin oʻzgartirish mumkin (masalan, 0,01% qoʻshilma
kiritilganda yarimo'tkazgichlarning oʻtkazuvchanligi 10000 marta ortib ketadi).
Past temperaturalarda yarimo'tkazgichlarning solishtirma qarshiligi juda katta
boʻladi va amalda
ular izolyator hisoblanadi, lekin temperatura ortishi bilan
ularda zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi keskin ortadi. Masalan, sof
kremniyda 20°C da erkin elektronlar konsentratsiyasi n=10
17
m
-3
boʻlsa, 70°C da
10
24
m
-3
gacha, yaʼni million martadan koʻproq ortadi. Yarimo'tkazgichlarda erkin
elektronlar konsentratsiyasining temperaturaga 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,
yarimo'tkazgichlarda tok hosil bo’ladi.
Erkin elektronlar
yuzaga keltirganoʻtkazuvchanlik
elektronli yoki
n-tipli oʻtkazuvchanlik deb
ataladi.
Bogʻlangan elektronning oʻz atomini "tashlab ketishi" atomning elektr
neytralligini buzadi. Bunda "ketib qolgan" elektron
zaryadiga miqdoran teng
musbat zaryadli - kovak vujudga keladi. Tashqi elektr maydon boʻlmaganda
elektronlar ham,kovaklar ham tartibsiz harakatlanadi, tashqi maydon boʻlganda
esa elektronlar maydonga qarshi, teshiklar maydon boʻylab koʻchadi.
Teshiklarning koʻchishi bilan bogliq oʻtkazuvchanlik
teshikli yoki
p-tipli
oʻtkazuvchanlik deyiladi. Erkin elektronlar soni bilan
teshiklar soni bir-biriga
tengligi tushunarli. Anqlanishicha, ularning harakatlanish tezligi ham bir xil ekan.
Demak, toza yarimo'tkazgichlardagi tok ayni vaqtda ham elektron, ham teshikli
oʻtkazuvchanlikdan vujudga keladi. Bunday elektron-kovakli oʻtkazuvchanlik
yarimo'tkazgichlarning
