Ал-хоразмий номли урганч давлат университети

§3. METALL-YARIM O’TKAZGICH KONTAKTIDA ENERGETIK SATHLARNI EGRILANISHI. BUNDAY KONTAKTNI TOG’RILOVCHI XUSUSIYATI

Odatda, metall yarimo’tkazgich bilan kontakt qilinganda ularning energetik diagrammalarida o’zgarish kuzatiladi. Bu o’zgarishlarni tushunish uchun kontaktlarni to’grilanish hodisasini zaryad ko’chirilishida termoelektron emissiya nazariyasi asosida ko’rib chiqamiz. 3.1- va 3.2- rasmlarda mos ravishda n va p tip o’tkazuvchanlikga ega bo’lgan yarimo’tkazgichlarni metall bilan to’grilovchi kontaktida energetik sohalar diagrammasi keltirilgan. Rasmlarning chap tomonida esa bu materiallarning energetik sohalari alohida-alohida berilgan. O’ng tomonda esa kontaktlarning muvozanat xolatiga mos keluvchi sohalar diagrammasi keltirilgan. Materiallarning umumiy energetik sohasi bo’lib metall yoki yarimo’tkazgichni tark etgan erkin elektronlar egallagan sath hisoblanadi.

Metall va yarimo’tkazgich kontakt qilinganda termoelektron emissiya hodisasiga asosan bu materiallarning energetik sathlar egrilanib ular uchun umumiy bitta Fermi sathi o’rnatiladi. Metall bilan kontakt hosil qilinganda n- tip yarim o’tkazgich Fermi sathi pasayadi, p- tip yarimo’tkazgich Fermi sathi ortadi.
Endi n va p tip yarimo’tkazgichlarni metall bilan kontaktida energetik sohalarining o’zgarishini alohida- alohida ko’rib chiqamiz. Agar metallga n-tipdagi yarimo’tkagich kontakt qilingan bo’lsa, metalldan elektronlarning chiqish ishi yarimo’tkazgichdagi elektronlar chiqish ishidan katta bo’lgani uchun, bu yarimo’tkazgich Fermi sathi metalldagi elektronlar Fermi sathidan katta bo’ladi va elektronlar n-tipdagi yarimo’tkazgichdan metall tomonga ichki termoelektron emissiya tufayli xarakatlana boshlaydi(3.1-rasm).
n-tipdagi yarimo’tkazgichdan metall tomonga xarakatlangan elektronlarning o’rni bo’sh qolgani uchun u erda musbat zaryad paydo bo’ladi (elektronni yo’qotgan atomlar musbat zaryadlanadi). Natijada paydo bo’lgan xajmiy zaryad yarimo’tkagichdan metall tomonga yo’nalgan E_b elektr maydon hosil qiladi.



Rasm.3.1. Metall va n tip yarimo’tkazgich kontakti (a), n-tip o’tkazuvchanlikga ega bo’lgan yarimo’tkazgichlarni metall bilan to’grilovchi kontaktida energetik sohalar diagrammasi (b)

Ushbu E_b elektr maydon endi elektronlarning yarimo’tkazgichda emissiyasiga to’sqinlik qiladi va metalldagi katta energiyaga ega elektronlarni yarimo’tkazgichga o’tishiga yordamlashadi. Mana shu elektr maydon kontakt sohasida elektronlar oqimini va Fermi sathini tenglashtiradi. Ushbu muvozanat holatida Fermi sathi o’zgarmaydi: E_FM=E_Fn=E_F va emission elektronlar oqimi ham tenglashadi.

Elektronlarning yarimo’tkazgichdan metall tomonga oqimi kontakt sohada elektronlar kontsentratsiyasini kamaytiradi. O’z navbatida elektronlar kontsentratsiyasi Fermi sathi bilan bog’liq bo’lgani uchun bu sathni kamayishiga (egilishiga) sabab bo’ladi. Demak, energetik sohalar “tepaga” qarab egiladi. Bunday egilish yarimo’tkazgichdan metallga yo’nalgan elektr maydoni mavjudligi bilan mos tushadi:
(3.1)
Kontakt sohada potentsialar farqi (U₀) kuzatiladi va u quyidagiga teng bo’lgan potentsial to’siqni hosil qiladi:
(3.2)
Ushbu tenglamani o’ng tomoniga erkin elektron energiyasini kontakt potesiallar farqiga qo’shsak, metall-yarimo’tkazgich kontakt sohasidagi chiqish ishiga ega bo’lamiz.
(3.3)
Ushbu kontakt potentsiallar farqi yarimo’tkazgichdan metallga o’tmoqchi bo’lgan elektronlar uchun potentsial to’siq hisoblanadi. Metalldan yarimo’tkazgichga o’tmoqchi bo’lgan elektronlar 3.1b- rasmdan ko’rinadiki, q_Vn ga teng potentsial to’siqdan o’tishlari lozim bo’ladi:


(3.4)
Yarimo’tkazgichning ichki termoelektron emissiya chiqish ishi ushbu to’siqning balandligidir.
Endi p-tipdagi yarimo’tkazgich va metall kontaktni ko’rib chiqamiz. Bu holda yarimo’tkazgichdagi elektronlarning chiqish ishi metallnikidan katta bo’lgani uchun teskari jarayon, yani ichki termoelektron emissiya tufayli elktronlar metalldan yarimo’tkazgichga tomon oqa boshlaydi (rasm.3.2). Yarimo’tkazgichga kirib kelgan elektronlar termodinamik muvozanatni buzadi, yani kirib kelgan elektronlar p-tipdagi yarimo’tkazgichdagi kovaklar bilan rekombinatsiyalana boshlaydi. Bu esa sirt sohada kovaklar sonini kamayishiga va manfiy zaryadlarning ortishiga sabab bo’ladi. Bu ortiqcha zaryadlar metalldan yarimo’tkazgichga tomon yo’nalgan E_b maydonni hosil qiladi.



Rasm 3.2. Metall va p-tip yarimo’tkazgich kontakti (a) va p-tip o’tkazuvchanlikga ega bo’lgan yarimo’tkazgichlarni metall bilan to’grilovchi kontaktida energetik sohalar diagrammasi (b)

Xuddi n-tip yarimo’tkazgich holatidagidek mexanizmga o’xshagan holatda yarimo’tkazgicdan metall tomonga yo’nalgan energetik potentsial to’siq hosil bo’ladi:

(3.5)
va kovaklarni metalldan yarimo’tkazgichga o’tishiga to’sqinlik qiluvchi kuyidagi potsial to’siq hosil bo’ladi:
(3.6)
Bu erda Eg- ta’qiqlangan zona kengligi hisoblanadi.
Demak p-tipdagi yarimo’tkazgich va metall kontakt qilinganda yuzaga keladigan potentsial to’siq energetik zonalarni pastga egilishiga olib keladi.
Nazorat savollari
1. Mеtall-yarimo`tkazgich kоntakti.
2. Kоntakt yaqinida pоtеntsial maydоn taqsimоti.
3. Metall-yarimo’tkazgich kontaktida energetik sathlarni egrilanishi.
4.Bunday kontaktni tog’rilovchi xususiyati.
5. Metall-yarimo’tkazgich kontaktidan keyin zonalarda qanday o’zgarish kuzatiladi?
6.Potentsiyal to’siq deganda nima tushuniladi?
7. Elektronlarning yarimo’tkazgichdan metall tomonga oqimi kontakt sohada elektronlar kontsentratsiyasiga ta’siri qanday?
8. p-tipdagi yarimo’tkazgich va metall kontakt qilinganda yuzaga keladigan potentsial to’siq energetik zonalarni qanday o’zgarishga yuz tutadi?