Mavzu: Yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi tabiati. Xususiy va aralashmali o’tkazuvchanlik. Yarimo’tkazgichlar elektr o’tkazuvchanligining haroratga bog’liqligi

Mavzu: Yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligi tabiati. Xususiy va aralashmali o’tkazuvchanlik. Yarimo’tkazgichlar elektr o’tkazuvchanligining haroratga bog’liqligi.

Ma’lumki, elektr toki zaryadli zarralarning bir tomonga yo’nalgan tartibli harakati sababli yuzaga keladi. Agar bu harakat tashqi maydon ta’sirida yuzaga kelsa hosil bo’lgan tok omik tok deyiladi. Omik tok ko’pincha dreyf tok ham yuritiladi.

Yarimo’tkazgichlarda omik tokdan tashqari diffuzion tok ham katta rol o’ynaydi. Ayrim hollarda diffuzion tokning oldida omik tokni hisobga olmaydi ham. Bunga asosiy sabab shundan iboratki, yarimo’tkazgichlarda zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi juda katta intervalda o’zgara oladi. Tashqi energetik ta’sir natijasida yarimo’tkazgichning ichida zaryad tashuvchilarning kon­tsentratsiyasi bir jinsli bo’lmay kolishi mumkin. Natijada, kontsentratsiya gradienta noldan farqli bo’lib, zaryadlar kontsentratsiya kichik bo’lgan tomonga qarab diffuziyalanadi va yarimo’tkazgich hajmida diffuzion tok deb ataluvchi elektr tokining hosil bo’lishiga sabab bo’ladi. Metallarda esa bunday hodisa uchramaydi, chunki zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasi metall hajmida amalda o’zgarmas bo’lib tashki ta’sirga bog’lik emasdir. Shuning uchun ham metallarda faqat omik tokning o’zini hisobga olsa etarli bo’ladi.
Yarimo’tkazgich kristallarida faqat erkin zaryad tashuvchilar (o’tka­zuvchanlik sohasidagi elektronlar va valentlik sohasidagi kovaklar) elektr tokida ishtirok eta oladi, xolos.
Yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligining ishorasi ham musbat, ham manfiy bo’lishi mumkin(o’tkazuvchanlikda elektronlar ishtirok etsa manfiy, kovaklar ishtirok etsa musbat deb yuritiladi). O’tkazuvchanlikning ishorasi haroratga, yorug’lik ta’siriga, aralashmalar va radioaktiv nurlanishning ta’siriga bog’liq holda o’zgarishi mumkin. Ba’zi yarimo’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligining ishorasi faqat musbat yoki manfiy bo’lsa, ba’zilariniki esa ham musbat, ham manfiy bo’laoladi. Masalan, yarimo’tkazuvchanlik xossasiga ega bo’lgan selen va mis (1)-oksidi faqat kovakli(musbat) o’tkazuvchanlikga ega bo’lsa, ruh oksidi va kadmiyning oltingugurt bilan birikmasi esa faqat elektronli (manfiy) o’tkazuvchanlikga ega bo’ladi. Germaniy, kremniy va arsenid galliy singari qator yarimo’tkazgichlar ularga kiritilgan aralashmalarning kimyoviy xususiyatiga qarab elektronli yoki kovakli o’tkazuvchanlikga ega bo’la oldi.
Tashqi ta’sirlar metallardagi elektronlar konsentratsiyasini o’zgartira olmasa ham, harorat va aralashmalar konsentratsiyasi ortishi ular elektr o’tkazuvchanligini kamaytiradi. Bunga sabab shuki, haroratning ko’tarilishi va aralashmalar konsentratsiyasi ortishi balan elektronlarning ularda sochilishi kuchayib boradi. Natijada elektronlarning erkin yugurish yo’li qisqara boradi. Bu o’z navbatida metallar elektr o’tkazuvchanligining kamayishiga sabab bo’ladi.
Agar yarimo’tkazgichlarni elektr maydoniga joylashtirilsa, zaryad tashuvchilar harakatga keladi. Elektronning harakat yo’nalishi maydon kuchlanganligi yo’nalishiga qarama-qarshi yo’nalgan bo’ladi, lekin kovakning zaryadi musbat bo’lganligi uchun uning harakat yo’nalishi maydon yo’nalishi bilan bir xil bo’ladi.
Yarimo’tkazgichlarda elektronlar va kovaklar hamma vaqt kristall panjaraning davriy maydoni ta’sirida bo’ladilar. Shuning uchun ularning haqiqiy massasi o’rniga effektiv massalari olinsa, panjaraning davriy maydoni ta’siri hisobga olingan bo’lib, natijalar haqqoniyligi ortadi.
Elektronlar kontsentratsiyasini p, maydonda olgan tezligini υ desak, yarim o’tkazgichning elektr maydoniga perpendikulyar bo’lgan kesimning 1sm² yuzidan o’tayotgan elektronlar oqimi
b = -n S υ (1)
ga teng bo’ladi. B erda (-) ishora oqim bilan maydonning yo’nalishi qarama-qarshi ekanligini ko’rsatadi. Agar biz bu ifodani elektron zaryadiga ko’paytirsak va elektron zaryadining ishorasi manfiy ekanligini hisobga olsak, tok zichligi uchun
j =b/S = e n υ (2)
ifodani olamiz.(2) ifodani E ga ko’paytirib va E ga bo’lib, quyidagini olamiz:
j = e p u E.