atomi huddi shunday to‘rt atom bilan o‘ralgan bo‘lib, to‘g‘ri tetraedrning cho‘qqisida
joylashgan.
Kristallik panjarada joylashgan har bir atom elektrik neytraldir. Panjara tugunlarida
atomlarni ushlab turuvchi kuchlar kvantomexanik harakterga ega; ular o‘zaro xarakatlanuvchi
atomlarning valentli elektronlarini almashuvi hisobiga paydo bo‘ladi. Atomlarning shunday
aloqasi kovalentli aloqa deb nomlanadi, uning yaratilishi uchun bir juft elektronlar kerak
bo‘ladi. To’rt valentli element bo’lgan germaniy va kremniyni tashqi qatlamida uning yaqin
atrofidagi to’rt atomlari bilan to’rt kovalentli aloqalar mavjud.
Yaarim o‘tazgichda zaryad tashuvchilar
Ko‘rilgan ideal panjarada barcha elektronlar o‘zlarining atomlari bilan bog‘langan.
Isitish yoki nurlash natijasida uncha katta bo‘lmagan energetik ta’sirlar panjarada ba’zi
valentli bog‘lanishlarni uzilishiga olib kelishi mumkin.
Bunda valentli elektron, o‘zining
atomidan ajralib, yangi turg‘un holatga o‘tadi va u kristallik panjara bo‘yicha yurish
qobiliyatiga ega bo‘ladi. Bunday valentli bog‘lanishdan uzilib chiqqan harakatli elektronlar
o‘tkazuvchanlik elektronlari deb aytiladi. Ular yarim o‘tkazgichni elektr o‘tkazuvchanligiga
sabab bo‘lib, elektronli elektr o‘tkazuvchanligi deyiladi. (1-rasm)
2.1-rasm. Elektr o‘tkazuvchanligini hosil qiluvchi panjarilar tugunlari
Valentli elektronni atomdan uzib olish va uni harakatlanuvchi holatiga keltirish uchun
beriladigan eng kam energiya miqdori ∆E panjarani tuzilishiga bog‘liq bo‘ladi va yarim
o‘tkazgichning parametri hisoblanadi
Kristal bo‘yicha harakatlanuvchi elektronlar energiyasi ba’zi
miqdorlar chegarasida
yotadi, boshqacha qilib aytgada, elektronlar energetik darajalarini butun zonasini egallaydi va
o‘tkazuvchanlik zonasi deb ataladi. Valentli elektronlarning energetik holati ham valentli deb
ataluvchi zonani tashkil etadilar. Valentli zonaning maksimal qiymati va o‘tkazuvchanlik
zonaning minimal qiymati oralig‘ida energetik zonada elektronlar bo‘lishi mumkin emas; bu
taqiqlangan zona deb ataladi. Taqiqlangan zonaning eni ∆Ega valentli elektronni bo‘shatib
olish uchun zarur bo‘lgan energiyani aniqlaydi, ya’ni yarim o‘tkazgich atomining
ionizatsiyalash energiyasidir. Shunday qilib, energetik nuqtai nazaridan atomdan valentli
elektronni uzib olinishi va uni o‘tkazuvchanlik elektroniga aylanishi
elektronlarni valent
zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga olib tashlashga to‘g‘ri keladi.
Valentli bog‘lama uzilganda va elektroni atomdan panjaraga ketganda to‘ldirilmagan
bog‘lama hosil bo‘ladi, unga miqdori bo‘yicha elektron zaryadiga + e teng bo‘lgan
kompensatsiyalanmagan musbat zaryadga xos to‘ldirilmagan bog‘lamga qo‘shni
bog‘lamlardan valentli elektronlar oson o‘tishi sababli, bunga kristalldagi issiqlik xarakati
yordam beradi, bunda valentli elektron tashlab ketgan o‘rni (teshik deb nomlanib) panjarada
xaotik ravishda xarakatlanadi. Tashqi maydon mavjudligida teshik ham maydon tahrir qilish
yo‘nalishida harakatlanadi, bu esa musbat zaryadni olib o‘tishiga, ya’ni elektr tokiga to‘g‘ri
keladi.
Yarim o‘tkazgich bunday ko‘rinishidagi elektr o‘tkazuvchanligi teshikli elektr
o‘tkazuvchanlik deb aytiladi. Yuqorida ko‘rilgani esa elektronli o‘tkazuvchanlik deb
aytilardi, unda bo‘sh elektronlar sababchi edi.
Panjara tugunlarida faqat o‘zining atomlariga ega bo‘lgan yarim o‘tkazuvchini xususiy
o‘tkazuvchisi deb atashga qabul qilingan; unga tegishli barcha o‘lchamlari I indeksi bilan
belgilanadi (intrinsic – xususiy, ingliz so‘zidan olingan).
Elektronikada ko‘p ishlatiladigan yarim o‘tkazgichlari kristall
panjarasidagi tugunlarda
asosiy modda atomlarining bir qismi aralashmalar atomlari bilan o‘rin almashgan bo‘ladi,
ya’ni boshqa moddalarning atomlari bilan. Bunday yarim o‘tkazgichlar aralashmali yarim
o‘tkazgichlar deb ataladi. Germaniy va kremniy uchun ko‘pincha besh va uch valentli
elementlar atomlari ishlatiladi. Besh valentli aralashmalarga fosfor, surma, margimush va
boshqa uch valentliklarga-bor, alyuminiy, indiy, galliy kiradi.
Besh valentli aralashma fosfor bo‘lganda to‘rtta valentli elektronlari qo‘shish
atomlarning to‘rt elektronlari bilan birga kovalent bog‘lamlarini
tashkil etadi, beshinchi
valentli elektron esa «ortiqcha» bo‘lib qoladi. Elektronning o‘zini atomi bilan bog
‘lanish
enegriyasi - ∆En valentli elektronni bo‘shatib olish uchun kerak bo‘lgan ∆Eg energiyasidan
ancha kam. Uncha katta bo‘lmagan ionlash ∆En energiyasi tufayli,
beshinchi elektronni
issiqlik xarakati energiyasi hisobiga o‘zining atomidan xona haroratida ham uzib olish
mumkin. Bunda kristalli panjara bo‘yicha xarakatlanishiga imkoni bo‘lgan bo‘sh elektron va
bu elektronni yo‘qotgan turg‘un musbatli aralashmani zaryad-atomi hosil bo‘ladi.
Elektronlarini beradigan bunday aralashmalar turi donorlar deb aytiladi, shu aralashmaga
o‘xshash kristallar esa – N-tipdagi yarim o‘tkazgichlar deyiladi.
Uchvalentli aralashmani kiritganda aralashmali atom yakunida joylashgan uch atom
bilan kovalentli bog‘lamlarni hosil qilish uchun o‘zining uch valentli elektronlarini beradi.
to‘rtinchi atomi bilan bog‘lama to‘ldirilmagan bo‘lib qoladi, lekin unga qo‘shni
bog‘lamlardan valentli elektronlar ancha oson o‘tishi mumkin.
Valentli elektronni
to‘ldirilmagan bog‘lamaga o‘tishida qo‘shilgan ortiqcha elektron bilan aralashmali atom
panjarada turg‘un manfiy zaryad hosil qiladi; bundan tashqari panjara bo‘yicha
xarakatlanadigan va yarimo‘tkazgichni teshikli o‘tkazuvchanligini kelib chiqaradigan
panjarada teshik paydo bo‘ladi. Elektronlarni ushlab oluvchi bunday ko‘rinishidagi
aralashmalar akseptorli deyiladi, akseptor aralashmali kristall esa-P-tipdagi yarim o‘tkazuvchi
deyiladi.
