Киришмали ярим ўтказгичнинг ўтказувчанлиги

Киришмали ярим ўтказгичнинг ўтказувчанлиги
Айнимаган киришмали ярим ўтказгич электр ўтказувчанлигининг температурага боғлиқлиги, хусусий ярим ўтказгичдагига ўхшаш, асосан ток ташувчилар концентрациясининг температурага боғлиқлиги билан аниқланади.
248 - расмда киришмали ярим ўтказгич ўтказувчанлигининг температурага боғлиқлик чизмаси келтирилган. Бу чизмани учта характерли соҳаларга ажратиш мумкин: ab, bc ва cd.
“ab” соҳа паст температуралар соҳасига тааллуқли бўлиб, киришма сатҳларининг электронлардан камбағаллашиш температурасигача (Тк) давом этади. Бу соҳада, ток ташувчилар концентрацияси қуйидагича ифодаланади:
уларнинг ҳаракатчанлиги киришмаларда сочилиши билан аниқланиб,T 3 / 2 га пропорционалдир. Киришмали ярим ўтказгич электр ўтказувчанлиги қуйидагича ифодаланади:
бу ерда Б яў.0 температурага кучсиз боғлиқ бўлган экспонента олдидаги коэффициентдир. (137.2) – ифодани логарифмласак,
Чиқиш иши
Металлнинг кристалл панжарасини ташкил этувчи мусбат ионлар, кристалл панжарада тугунлардан ўтувчи тўғри чизиқ бўйлаб даврий қайтариладиган мусбат потенциалли электр майдонини ҳосил қилади (249 - расм).
Қўпол ҳатолик бўлса ҳам, бу даврий потенциални металлнинг барча нуқталарида ўзгармас ҳисоблаб, ўртача V0 га тенг деб оламиз. Бу майдонга киритилган эркин электрон манфий потенциал энергияга эга бўлади:
249 - расмнинг пастида электроннинг вакуумдан металлга ўтишидаги потенциал энергиясининг ўзгариши келтирилган.
Электроннинг вакуумдаги потенциал энергияси U = 0 бўлса, металлда эса
га тенгдир.
Бу ўзгариш характери бўйича сакрашга ўхшаса ҳам у панжара параметрига тенг бўлган кесма узунлигида содир бўлади. Расмдан кўринишича, металл электронлар учун потенциал чуқурлик вазифасини ўтайди ва бу чуқурликдан электронларни вакуумга чиқиши учун қандайдир чиқиш ишини бажариш керак бўлади. Металлда электронларнинг кинетик энергияси бўлмаганда уларни вакуумга чиқариш учун потенциал ўра чуқурлигига тенг – энергия зарур бўларди. Аммо паст температураларда ҳам – Ферми сатҳигача бўлган энергетик сатҳлардаги электронлар даврий майдонда ҳаракатда ва маълум кинетик энергияга эга бўладилар. Шунинг учун электронларнинг металлдан чиқиши учун U0 га нисбатан кичик иш бажариши талаб қилинади.
Металлдан электронларни вакуумга чиқариш учун энг кам бажариладиган иш Ферми сатҳидан 00 сатҳгача бўлган – га тенгдир. Буни термодинамик чиқиш иши деб аталади. Ярим ўтказгичларда электронларнинг чиқиш ишини аниқлаш бирмунча қийиндир. 250 - расмда n – типли ярим ўтказгичнинг энергетик диаграммаси келтирилган. Ўтказувчанлик соҳасидан электронларни вакуумга чиқариш учун 0 – энг кам чиқиш ишини бажариш керак. Аммо бу электронларни вакуумга чиқариш электрон гази мувозанат ҳолатининг бузилишига олиб келади ва мувозанат ҳолатини тиклаш учун киришма сатҳи ва валент соҳасидан электронларни ўтказувчанлик соҳасига етказиб бериш керак. Бу эса кристаллнинг ички энергиясини сарф бўлишига ва кристаллнинг совушига олиб келади. Валент соҳасидан электронларни вакуумга чиқаришда мувозанат ҳолат тикланиши учун
ўтказувчанлик соҳасидаги электронларнинг бир қисмини валент соҳасига қайтариш лозим бўлади. Бу ҳолатда энергия ажралиб чиқади ва кристалл исий бошлайди. Ферми сатҳидан бир вақтда юқори ва паст сатҳлардан электронларни вакуумга чиқариш тизимнинг мувозанат ҳолатини бузмасликка ва кристалл температурасини ўзгармаслигига олиб келади. Шунинг учун ярим ўтказгичлар учун чиқиш ишини Ферми сатҳидан нолинчи сатҳгача бўлган энергетик масофага тенг, деб ҳисобланади. Чиқиш иши одатда электрон вольтларда ўлчанади. Чиқиш ишини электроннинг зарядига нисбати чиқиш потенциалини белгилайди ва Вольтларда ўлчанади.
Металл - металл контакти
Энергетик диаграммалари 251 - расмда келтирилган икки металлни яқинлашишида содир бўладиган жараёнларни кўриб чиқамиз. Ажратилган ҳолатда бу металлардаги электрон газлар ва – химиявий потенциаллар билан характерланади. Электронларнинг термодинамик чиқиш ишлари ва га тенгдир
Термоэлектрон эмиссия орқали электронлар билан эффектив алмашиш мумкин бўлган ёки тўғридан - тўғри бир - бирига электронлар ўтиши мумкин бўлган d – масофага металларни бир - бирига яқинлаштирамиз.
Контакт ўрнатилгандан сўнг бошланғич моментда, ( ва ) – химиявий потенциаллар ҳар хил баландликда бўлгани учун иккинчи металл электрон гази биринчи металл электрон гази билан мувозанатда бўлмайди (252 - расм).
Металл – ярим ўтказгич контакти. Ёпувчи қатлам
Металл – ярим ўтказгич контактини кўриб чиқамиз. – чиқиш ишига эга бўлган М – металл, – чиқиш ишига эга бўлган n – типли ярим ўтказгич билан контактда бўлсин (254 - расм).
Контакт электр майдонининг ярим ўтказгичнинг энергетик сатҳларига таъсири
Металл ва ярим ўтказгич орасида пайдо бўлувчи – контакт потенциаллар фарқи d ёпувчи қатламнинг қалинлиги бўйлаб жойлашади (254 - расм). Контакт майдоннинг кучланганлиги
га тенг бўлади. Бу кристаллнинг ички майдон кучланганлигидан марта кичикдир. Шу сабабли, контакт майдони ярим ўтказгичнинг энергетик спектрига (тақиқланган соҳа кенглиги, киришмаларнинг ионланиш ва энергияси ) деярли таъсир этмайди. 255 - расмда контактга келтирилгунча М – металл ва n – типдаги ярим ўтказгичнинг энергетик чизмаси кўрсатилган.
Металлнинг чиқиш иши ярим ўтказгичникидан катта, деб ҳисобланади. Контакт ўрнатилганидан ва мувозанат ҳолати бошланганидан сўнг, ярим ўтказгичда қўзғалмас ҳажмий мусбат зарядлар d – ёпувчи қатлам бўйича ҳосил бўлади (256 - расм).
Контакт майдон йўқлигида металл ва ярим ўтказгичда энергетик сатҳлар горизонтал тўғри чизиқлардан иборат бўлади, яъни ярим ўтказгичнинг ҳамма нуқталарида электроннинг энергияси бир хил бўлади
ифодалар металл – ярим ўтказгич контактининг вольт – ампер характеристикаси деб аталади ва унинг чизмаси 260 – расмда келтирилган