B. X. Shaymatov, M. Q. Jo‘raev elektrotexnik materiallar

Yarim o‘tkazgichlarning elektr o‘tkazuvchanligi Har qanday jism o‘z agregat holatini o‘zgartirganda atomlarning energetik holatlari tashqi ta’sir natijasida bir-biriga nisbatan siljiydi va katta miqdordagi energetik zonalar yuzaga keladi. O‘tkazgich, yarim o‘tkazgich va dielektriklarning energetik diagrammalari bir-birga o‘xshash emas. Buning sababi ulardagi taqiqlangan zonalarning turlicha ko‘rsatkichga ega ekanligi bilan bog‘liq. Materialning taqiqlangan zonasi uning o‘lchamini belgilaydi. Tarkibiy tuzulishiga ko‘ra har qanday jismning atomi o‘z spektr chizig‘iga ega bo‘ladi.
Har qanday atom o‘zining aniq, energetik holatiga ega va bir energetik sathdan boshqasiga o‘tganda kvant energiyasini ajratib chiqaradi yoki iste’mol etadi. Agar atom katta energetik sathdan past sathga o‘tsa, undan energiya ajralib chiqadi va nurlanish hodisasi yuzaga keladi. Agar buning aksi bo‘lsa esa atom tomonidan energiya yutiladi. Shu tartibda atom tashqi energetik ta’sir natijasida o‘z energetik holatini o‘zgartiradi.
Yarim o‘tkazgichlarning taqiq zonalari o‘tkazgich va dielektriklarning taqiqlanish zonasi oralig‘idagi joyni egallaydi. Ushbu zona juda kichkina bo‘lib uni juda past miqdordagi energiya bilan ta’sir etib, yengib o‘tish mumkin.
Tashqi ta’sir etayotgan maydon energiyasi taqiqlangan zonadagi elektronlarning energiyasi darajasiga yetsa, yarim o‘tkazgichlarda elektr o‘tkazuvchanlik jarayoni yuzaga keladi.
Yarim o‘tkazgich materiallarda xususiy o‘tkazuvchanlikni Mendeleyev davriy jadvalidagi IV – guruhda joylashgan kremniyning kristall panjara modeli misolida ko‘rsatish mumkin.
Kremniyning kristall panjarasi olmos kabi murakkab tuzulishga ega (7.1-rasm). Kremniy atomining to‘rtta valentli elektroni qo‘shnilari bilan kovalent bog‘lanishni hosil qiladi. Bog‘langan elektronlarning valent zona energetik darajasiga mos keladi.
Harorat absolyut nol bo‘lganda (V3) valent zonasi elektronlar bilan to‘liq to‘lgan, o‘tkazuvchanlik zonasi (3P) esa batamom bo‘sh.

7.1-rasm. Kremniydagi elektr o‘tkazuvchanlikning sxemasi.
Erkin zaryad tashuvchilar bo‘sh va yarim o‘tkazgich o‘zini xuddi dielektrik kabi tutadi. Harorat absolyut nol ko‘rsatkichidan yuqori bo‘lganda ayrim valentli elektronlar issiqlik o‘zgarishlar ta’sirida taqiqlangan zonani kesib o‘tadi va o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tadi (7.2-rasm).
Bog‘lanishni uzishga va elektronni ozod etishga kerakli bo‘lgan energiya son jihatdan erkinlashishi ΔE taqiq zonaning kengligiga teng. Atomdan uzulib chiqqan elektron, erkin zaryad tashuvchiga aylanadi. Valent zonasida esa musbat ekvivalent musbat zaryad qoladi va u oz miqdordagi samarali massaga ega bo‘lgan-teshik vazifasini o‘taydi. Ya’ni valent zonadan elektron chiqib ketishi bilan uning o‘rnida teshik hosil bo‘ladi. Ushbu teshik ekvivalent musbat zaryad sifatida maydon yo‘nalishi bo‘yicha siljiydi. Siljish elektronlarning maydonga teskari harakati oqibatida yuzaga keladi. Teshiklar siljiyotgan qo‘shni elektronlar bilan to‘ldirib boriladi. Tashqi maydon ta’siri yo‘qolgach esa erkin elektronlar va teshiklar kristall panjara ichida tartibsiz harakatlana boshlaydi. Tashqi elektr maydon ta’sir etganda zaryad tashuvchilarning tartibli harakati shakllanadi: erkin elektronlar o‘tkazuvchanlik zonasida va valentli elektronlar valentlik zonasida.

7.2-rasm. Yarim o‘tkazgichdagi energetik sathlarni to‘lish ehtimoli funksiyasi va energetik diagrammasi.
O‘tkazuvchanlik zonasida qo‘zg‘algan elektronlar yordamida yuzaga kelgan o‘tkazuvchanlik elektron o‘tkazuvchanlik yoki n tipli o‘tkazuvchanlik deyiladi.
Valent zonasidagi elektronlar atomdan atomga teshiklar orqali siljiydi va uni teshiklarning harakati sifatida tasavvur etish mumkin. Valent zonasida teshiklarning diffuziyasiga asoslangan elektr o‘tkazuvchanlik – teshikli o‘tkazuvchanlik yoki r tipli elektr o‘tkazuvchanlik deyiladi.
Yarim o‘tkazgichda bir vaqtning o‘zida ikki xil jarayon kechadi: zaryad tashuvchilarning qo‘zg‘alishi va tartibli joylashuvning buzulishi. Ya’ni elektronning valent zonaga qaytishi va bir juft zaryad tashuvchi (elektron va teshik) ning yo‘qolishi. Har qanday haroratda ham elektron va teshikning nisbati tengligicha qoladi.
Haroratning o‘zgarishi dielektrik materialdagi o‘tkazuv-chanlikning o‘zgarishiga sabab bo‘ladi. Haroratning ortishi yarim o‘tkazgich materialida erkin elektronlar soni ko‘payishiga omil bo‘ladi. Haroratning pasayish va absolyut nolga intilishi barobarida elektronlarning soni ham proporsional ravishda kamayib boradi. Mabodo, yarim o‘tkazgich materiali tarkibida erkin elektronlar mavjud bo‘lmasa elektr maydoni qanchalik katta kuch bilan ta’sir etmasin, elektr o‘tkazuvchanlik jarayoni yuz bermaydi.
Yarim o‘tkazgich materiallar