Kristallarning elementar zona nazariyasi reja

Ўтказгич, ярим ўтказгич ва изоляторлар
Атомлардаги электронлар бутунлай чиқарилиб ташланиб, факат „ялангоч" ядро қолган деб фараз қилайлик. Энди олиб ташланган электронлардан атомга бит- тадан қўя бошласак, олдин 1s ҳолат тўладн, сунгра 2s, 2р ва ҳ. к. ҳолатлар тўла бошлайди. Демак, атомда паст энергетик ҳолатдан бошлаб юқори энергетик ҳо латга қараб тўла борар экан. Лекин атомларнинг элек­трон қобиқлари бу тартибда тўла бориши шарт эмас. Масалан, калий элементида К, L- электрон қобиқлари тўлган бўлиб, М - электрон қобиғи бутунлай тўлмай туриб (унда 3s ва 3 р ҳолатлар электронлар билан тўлган холос), охирги битта электрони N- қобиқдаги 4s ҳолатда туради. Бунга сабаб N - электрон қобиғидаги 4s ҳолат энергиясига қараб 3d ҳолатдан пастда туради. Мис атомида 29 та электрон бўлиб, булардан 28 та электрон К, L ва М - электрон қобиқларида туради. Битта электрони 4s ҳолатга жойлашган. Мис кристалида 4s ҳолатлар энергетик зонани ҳосил қилса, бу зонанинг ярми тўлиб, ярми бўш қолади. Агар бу зона қўшни зоналардан бири билан устма-уст тушган булса ҳам, электронлар билан тўлган бўлмайди. Шу са- бабли мис ўтказгич ҳисобланади.
Германий атомида 32 та электрон бўлиб, улардан 28 таси К, L ва М -электрон қобиқларида туради, қолган тўрттаси эса иккитадан 4s ва 4р ҳолатларда ту­ради. Агар N та германий атоми бирикишидан крис­талл ҳосил бўлса, 4s ва 4р ҳолатлар парчаланиб, бир- бирларидан ман қилинган зона билан ажралган 2N энергетик ҳолатлардан ташкил топган зоналарга ажралади. Бу иккита зонадан пасткиси Т = 0 температура яқинида 4N та электрон билан тўлган бўлиб, юқори- гиси эса бутунлай бўш қолади. Шунинг учун Ge крис­тали паст температураларда изоляторга ўхшаб қолади.
Демак, кристалларда электронлар қайта тақсимланиб, паст энергетик зонадан бошлаб юқори энергетик зонага қараб электронлар билан тўла борар экан.
Паст энергетик зоналар электронлар билан тўлган бўлиб, маълум энергетик зонадан бошлаб эса юқоридаги зоналар бутунлай бўш бўлиши ёки қисман тўл­ган бўлиши мумкин.
Зоналардаги электронларнинг тақсимланиши ва ман қилинган зоналарнинг кенглигига қараб, қаттиқ жисмлар металлик (ўтказгичлик), ярим ўтказгичлик ва изоляторлик хоссаларига эга буладилар.
Хамма энергетик сатҳлари электронлар билан тўлган энергетик зоналар тўлдирилган зона деб юритилади. Кристаллардаги ҳамда пастки зоналар тўлдирилган зона бўлади.
Ўтказгичларда охирги тулдирилган зона билан тўлдирилмаган энергетик зона бир-бири билан туташиб кетиши (1- а раcм), бири иккинчисининг устига ту- шиши мумкин. (1- б раcм). Бундан ташқари электрон­лар билан банд бўлган юқориги зона бутунлай тўлган бўлмай, балки қисман тўлган бўлиши мумкин (1- в раcм).
Ярим ўтказгичларда юқориги тўлдирилган зона билан бўш зона ман қилинган зона билан чегараланган бўлнб, унинг кенглиги Ε > кТ бўладн (1- г раcм).





1- раем. Кристалларнинг энергетик схемаси: а, , в) 5'тказгичлар; г) ярим утказгичлар; д) изоляторлар.



Изоляторларда эса бу тенгсизлик яна ҳам кўчаяди. Ярим ўтказгичлар билан изоляторлар орасида катъий чегара қўйиш мумкин эмас (1- д раем).
Умуман, қаттиқ жисмларда электр ўтказувчанликда иштирок этувчи электронлар валентлик электронлардир. Чунки, энергетик схемадаги энг охирги тўлдирилган ёки қисман тўлдирилган энергетик зонадаги электронлар валентлик электронлардир. Шу сабабли, ярим ўтказгичларда Т = 0 да охирги тўлдирилган энергетик зона валентлик з о н а с и деб, кейиги бўш зонани эса ўтказувчанлик зон а си деб юритилади. Тўлдирилган зона (валентлик зона) фақатгина абсолют ноль температурада электронлар билан тўлган бўлиб, ўтказувчанлик зонаси эса бутунлай бўщ бўлади. Юқори температураларда эса валентлик зонасида электронлар билан банд қилинмаган энергетик сатҳлар, ўтказувчанлик зонасида эса, банд қилинган энергетик сатҳлар мавжуд бўлади .


Бундан кўринадики, температура пасайиб бориши билан ярим ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлиги камайиб, изоляторларга яйланиб боради. Абсолют ноль температурага яқин температураларда эса ярим ўтказгич изоляторлик хоссасига эга бўлиб қолади.