1-tema: Kirisiw. Yarımótkizgishli material haqqında túsinik hám olardıń dúzilisi. Ótkeriw túrleri (Na’zeriy) Энергетик зоналар

Жеке электр өткизиўшеңлик
Ярым өткизгишли электроника өнимлериниң дерлик 97% кремний тийкарында жасалады. 1.2–сүўрет киритмасиз кремний решёткасының әпиўайластырылған модели (а) ҳәм оның зона энергетик диаграммасы (б) келтирилген. Егер ярым өткизгишли кристаллы қурамында киритпе улыўма болмаса ҳәм кристалл решётканың дүзилисинде дақлар (бос түйинлер, решетка жылжыўы ҳәм басқалар) пайда болмаса, бундай ярым өткизгиш меншик деб аталады ҳәм I ҳәрби менен белгиленеди.

1.2 - сүўрет

1.2– сүўреттен көринип турыпты, кремний жеке кристаллында оның атомының төрт валент электроны кремнийдиң қоңсы атомының төрт электроны менен байланысып, беккем сегиз электронлы қабық (туўры сызық) пайда болады. 0 К температурада бундай ярым өткизгиште еркин заряд тасыўшылар пайда болмайды. Лекин температура артыўы менен ямаса жақтылық нуры түсирилгенде ковалент байланыслардың бир бөлими үзиледи ҳәм валент электронлар өткизиўшеңлик зонасына өтиў ушын жетерлише энергия алады (1.2 б-сүўрет).

Нәтийжеде валент электрон еркин заряд тасыўшыға айланады ҳәм кернеўлик тәсир еттирилсе, ол ток пайда етиўде қатнасады. Электрон жойтылыўы нәтийжесинде атом оң ионға айланады.
Бир ўақттың өзинде валент зонада бос орын пайда болады ҳәм валент электронлар өз энергияларын өзгертириўлерге, яғный валент зонасының қандайда бир рухсат етилген орыннан басқасына өтиўге қолайлық жаратады. Солай етип, ол ток пайда болыўы дәўиринде қатнасыўы мүмкин. Температура артқан сайын көбирек валент электронлар өткизиўшеңлик зонасына өтеди ҳәм электр өткизиўшеңлик артып барады.
Валент зонадағы еркин энергетик уровен ямаса еркин валент байланыс қовакли деп аталады ҳәм ол электрон зарядының абсолют мәнисине тенг болған еркин оң заряд тасыўшы есапланады. Ковакнинг ҳәрекетлениўи валент электроны ҳәрекетине қарама–қарсы болады.
Солай етип, атомлар арасындағы ковалент байланыстың үзилиўи бир ўақыттың өзинде еркин электрон ҳәм электрон ажралып шыққан атом қсында ковак пайда болыўына алып келеди. Электрон–ковак жуплығы пайда болыў процесине заряд тасыўшылар генерациясы деп аталады. Егер бул процесс ыссылық тәсиринде әмелге асса, ол ыссылық генерациясы деп аталады. Өткизиўшеңлик зонасында электронның пайда болыўы ҳәм валент зонасында ковакнинг жүзеге шығыўы 1.2 б-сүўретте туўры келиўши белгилер жәрдеминде айланалар көринисинде сәўлеленген. Стрелка жәрдеминде электронның валент зонасынан өткизиўшеңлик зонасына өтиўи көрсетилген.
Генерация нәтийжесинде пайда болған электронлар ҳәм коваклар ярым өткизгиш кристаллында жасаў ўақты деп аталатуғын қандайда-бир ўақыт да.амында тәртипсиз ҳәрекетленеди, кейин ала еркин электрон толық болмаған байланысты толтырады ҳәм байланыс пайда болады. Бул процесс рекомбинация деп аталады.
Өзгермес температурада (басқа сыртқы тәсирлер пайда болғанда) кристалл тең салмақлық жағдайында болады. Яғный, генерацияланған заряд тасыўшылар жуплығы саны рекомбинацияланған жуплықлар санына тең болады. Бирлик көлеминдеги заряд тасыўшылар саны, яғный олардың концентрациясы, салыстырма электр өткизиўшеңлик мәнисин береди. Меншикли ярым өткизгишлерде электронлар концентрациясы коваклар концентрациясына тең болады (n_i= p_i). n (negative сөзинен) ҳәм p (positive сөзинен) ҳәриплерди туўры түрде электрон ҳәм ковакка туўры келеди. Киритмасиз ярым өткизгиште пайда болған электрон ҳәм коваклар хусусий эркин заряд тасыўшылар ҳәм оларға тийкарланған электр өткизиўшеңлик болса – жеке электр өткизиўшеңлик деп аталады.
Киритмали электр өткизиўшеңлик
Ярым өткизгишли әсбаплардың көп бөлими киритмали ярым өткизгишлер тийкарында жаратылады. Электр өткизиўшеңлиги киритма атомлары ионизациясы нәтийжесинде пайда болатуғын заряд тасыўшылар менен тийкарланған ярым өткизгишлер – киритмали ярым өткизгишлер делинеди.
Кремний атомына Д.И. Менделеев периодлы элементлер системсындағы V топар элементлери (мысалы, маргумуш As) киритилсе оның 5 валент электронынан төртеўи қоңсы кремний атомының төрт валент электронлары менен байланысып-сегиз электроннан қуралған беккем қабық пайда етеди. Бесинши электрон артықша болып, өзиниң атомы менен күшсиз байланысқан болады. Соның ушын кишкене ыссылық энергиясы тәсиринде ол үзиледи ҳәм еркин электронға айланады (1.3 а - сүўрет), бул ўақытта ковак пайда болмайды. Энергетик диаграммада бул процесс электронның донор уровени W_d дан өткизиўшеңлик зонасына өтиўге туўры келеди (1.3 б - сүўрет). Киритмали атом оң зарядланған қозғалмас ионға айланады. Бундай киритма донор деп аталады.
Ярым өткизгишли әсбапларр жасаўда көп киритма атомлары киритиледи (1 см³ көлемге 10¹⁴-10¹⁸ дәрежедеги атомлар). Хана температурасында киритманинг ҳәр бир атомы биреўден эркин электрон пайда етеди. Коваклар болса меншикли ярым өткизгишлердеги сыяқлы кремний атомы электронларының өткизиўшеңлик зонасына өтиўидеги термогенерация есабынан пайда болады.

1.3 – сүўрет.

Ярым өткизгиш тәртибине үлкен дәрежедеги донор киритманинг киргизилиўи еркин электронлар концентрациясын асырады, коваклар концентрациясы болса хусусий ярым өткизгиштегиге салыстырмалы сезилерли азаяды. Еркин заряд тасыўшылар концентрациясының көбеймеси np өзгермес температурада өзгермей қалады ҳәм тек ғана ярым өткизгиш қадаған етилген (таъқиқланган) зона кеңлиги менен анықланады. Соны ядта тутыў керек Т=300 К(хана температурасында) кремнийде np 0,64∙10²⁰ см^-3, германийде болса np 4∙10²⁶ см^-3. Солай етип, егер кремний кристаллына концентрациясы 10¹⁶ см^-3 болған донор киритма киргизилсе, Т=300 К да электронлар өткизиўшеңлиги n=10¹⁶ см^-3, ковакларники болса – тек ғана 10⁴ см^-3 га тең болады. Демек бундай киритмали ярым өткизгиште электр өткизиўшеңлик тийкарынан электронлар есабынаа әмелге асырылады, ярым өткизгиш болса – электрон ямаса n- түрдеги электр өткизиўшеңлик деп аталады. n–түрдеги ярым өткизгиште электронлар-тийкарғы заряд тасы.шылар, коваклар болса- тийкарғы болмаған заряд тасыўшылар деп аталады.
Кремний атомына Д.И. Менделеев периодлы элементлер системасындағы III группа элементлери (мысалы, бор В) киритилсе оның валент электронлары қоңсы кремний атомлары валент электронлары менен үш толық байланыс пайда етеди. Төртинши байланыс болса толмай қалады. Онша үлкен болмаған ыссылық энергиясы тәсиринде қоңсы кремний атомының валент электронлары бул байланысты толтырады. Нәтийжеде бордық сыртқы қабығында орташа электрон пайда болады, яғный ол терис зарядқа ийе болған қозғалмас ионга айланады. Кремний атомының толмаған байланысы – бул ковакдир (1.3 в - сүўрет). Энергетик диаграммада бул процесс электронның валент зонадан акцептор сатҳи W_a ға өтиўге ҳәм валент зонада ковак пайда болыўына туўры келеди (1.3 г - сүўрет). Бул ўақытда еркин электрон пайда болмайды. Бундай киритма – акцепторлы деп аталады, акцептор атомлары киритилген ярым өткизгиш болса – ковак ямаса р – түрдеги электр өткизиўшеңлик деп аталады. Р-түрдеги ярым өткизгиш ушын коваклар – тийкарғы заряд тасыўшылар, электронлар болса - тийкарғы болмаған заряд тасыўшылар есапланады.