Миқдорини ташкил этади

Ҳозирги кунда электроника соҳасисиз инсоният тарақиётини ҳис қилиш мумкин эмаслигини барчамиз жуда яхши биламиз. Бизга маълумки бу соҳа XI асирга келиб ривожланиш даражаси бўйича энг чўқига чиқди. Чунки ишлаб чиқариш ва яшаш турмуш шароитини электроника соҳасисиз ва у асосида тайёрланаётган қурилмаларсиз таъсавур қилиш мутлоқо мумкин эмас. Бу соҳанинг ривожланиши асосини яримўтказгич материалларсиз тасавур этиб бўлмаслигини ҳам такидлаб ўтиш мақсадга мувофиқ деб қарадик. Яримўтказгичларнинг кристалл панжараси асосан 4 та гуруҳларга бўлинади: Олмос кристалл панжара, рух обманкаси панжараси, вюрцита панжараси, тош тузи панжараси. Олмос кристалл панжара, рух обманкаси ва тош тузи панжараси асоси ёнлари марказлашган куб панжарадан иборат бўлади. Кремний элементи шуларнинг олмос кристалл панжарасига тўғри келади. Яъна бир жиҳатини айтиб ўтиш кераки кремний элементи радяцияга ҳам чидамли материал ҳисобланади. Улар асосида ишлаб чиқарилган қуёш батареялари космик кемаларнинг энг муҳим элементи ҳисобланади. Қуёш батареялари қуёш энергияларининг асосий ташувчиси бўлиб қолади, чунки улар ўзгартириш коэффициенти юқори даражада бўлган, ишлатилишида кам ҳаражатли ва деярли экологик тоза электр энергияси манбаларидир. Шундай экан Мендлеев даврий системасида 4 гуруҳ элементи ҳисобланган кремний элементи бу соҳанинг ривожланишидаги энг асосий материал ҳисобланади. Кремний ер шарининг 30% миқдорини ташкил этади. Ҳозирги кунга келиб саноатнинг 80% асбоблари кремний элементи асосида ишлаб чиқарилмоқда. Бунинг сабаби кремний материалини олишнинг арзон технологияси бўлсада, иккинчи сабабдан унинг электрофизик катталиклари жуда яхши ўрганилган. Шунинг учун ҳозирги кунда кремний элементидан электроника асбоблари, спентроника ва ҳатто қуёш элементигача бўлган асбобларни тайёрлаш йўлга қўйилган. Асосан кейинг вақтларда алтирнатив энергия манбаларидан фойдаланилган ҳолда энергия олишга дунё бўйича жуда катта этибор берилмоқда. Бундай энергия олиш манбалари 50-60 йиллардан сунг энг муҳим аҳамият касб этсада ва ҳозирги кунда энг қиммат баҳода баҳоланишига қарамасдан бундай усуллар ёрдамида энергия олиш замонамизда кенг кўламда ишлари олиб бориш бошланиб кетган ва кўпгина давлатларнинг энергияга бўлган талабини қондириш учун ҳам хизмат қилмоқда деб қарашимиз ҳам мумкин. Манна шундай ҳолатлар кўпчилик олимларни энергия олишнинг янги турлари устида илмий ва амалий ишлар олиб бориши учун ҳам янги йўллар очиб бермоқдалар.
Манна шундай янги ва арзон энергия олишнинг турларидан биттаси бу қуёш энергияси асосида деб қараш мумкин. Кремний элементи асосан моно, мульти, поли ва аморф кремний материаллари тайёрланади. Бу материаллар электрофизик катталиклари билан бир биридан фарқ қилади ва улар асосида тайёрланган асбоблар ҳам барча жиҳатларидан фарқланади. Биргина қуёш элементлари асосида қараб чиқадиган бўлсак бу элементлар асосида тайёрланган қуёш элементлари фойдали иш коэффиценти билан ажралиб туради. Шунинг учун бу малакавий битирув ишида моно, поли ва аморф кремний материалларининг физик хоссаларини акс эттирувчи ўқув стендини яратиш ва улар ҳақидаги маълумотларни талабаларга етказиш мақсад қилиб олинди.
Юқорида такидлаб ўтганимиздек кремний элементи асосида: моно, мульти, поли ва аморф кремнийлар олиш мумкин. Бу материалнинг кимиёвий элемент белгиси-Si. Кремний (лотинча Silicium), Менделеев даврий системасида IV гуруҳда жойлашган, тартиб рақами 14, атом оғирлиги 28,086. Валентлиги 4. Табиатда учта барқарор изатопи мавжуд: ²⁸Si(92,27%), ²⁹Si(4,68%) ва ³⁰Si(3,05%). Биринчи бўлиб 1811 йил Ж.Гей-Люссаком ва Л.Тенаром томонидан лаборатория шароитида биринчи бор кремний элементи олинган аммо элемент сифатида эълон қилинмаган. 1823 йили Швед кимёгари Й.Берцелиус кремний элементини юқори ҳароратда олиш технологиясини ишлаб чиқди. 1854 йилда А.Девилем томонидан биринчи бўлиб кремний кристаллини лаборатория шароитида ўстирган. Кремний қора-кулранг металлсимон ялтироқ олмос типидаги ёнлари марказлашган куб кристалл панжара тузилишига эга. Панжара доимийси а=5,431А, ҳарорат ўтказувчанлиги юқори 84÷126 Вт/мК. Қаттиқлик даражаси 2,4÷7,0 гН/м². Қайишқоқлиги-109гН/м². Солиштирма иссиқлик сиғими-800Дж/(кг·К), ёки 0,191 кал/(г·град). Диамагнит хоссасига эга. Магнит синдирувчанлиги – 0,13·10^-6. Тоза кремний дярли электр токи ўтказмайди, солиштирма электр қаршилиги-2,3·10⁵Ом·см. Киришма атомлари аралаштириш йўли орқали (P, Bi, As, Sb) электрон (n-тип) ёки (B, Al, In, Ga) ковак (р-тип) ўтказувчанликка эга бўлган ва кенг оралиқдаги солиштирма қаршиликка эга бўлган кремний материалини олиш мумкин. Т=300К ҳароратда такиқланган соҳа кенглиги 1,12 эВ ни ташкил этса, Т=0К ҳароратда тақиқланган соҳа кенглиги 1,21 эВ ни ташкил этади. Асосан кремний элеминти: монокристалл, мультикристалл, поликристалл ва аморф кўринишида ўстирилади.
Яримўтказгичларнинг кристалл панжараси асосан 4 та гуруҳларга бўлинади: Олмос кристалл панжара, рух обманкаси панжараси, вюрцита панжараси, тош тузи панжараси. Олмос кристалл панжара, рух обманкаси ва тош тузи панжараси асоси ёнлари марказлашган куб панжарадан иборат бўлади. Кремний элементи кристалл панжараси олмос панжара тузилиши кўринишида бўлади. Олмос панжара тузилишини худди ёнлари марказлашган иккита куб панжарани бир бирига жойлаштирилган шаклда деб қараш мумкин. Бундай элементар яримўтказгичларни икки ёни марказлашган куб панжара бир биридан бир-хил узоқликда жойлашган элементар ячейканинг тўртдан бир ҳажмини ташкил этган деб қараш мумкин. Биринчи куб панжаранинг координата бошланғич нуқтасини 0.0.0. деб олганимизда, иккинчи куб панжара атомининг жойлашиши бошланғич нуқтаси биринчи куб атомидан куб диаганали бўйича ¼.¼.¼ узоқликда бошланаган бўлади. Олмос кристалл панжарасида ҳар бир атом ковалент кимёвий боғланишлар орқали яъни валент электронлари билан боғланган тетраэдр учларида ўрнашган ўз аро куч билан тасирлашиб турувчи (тортиш ва итариш) тўртта атомдан ташкил топган бўлади (расм 1).

Расм 1. Олмос кристалл панжараси.
Элементар яримўтказгичлар кристалл панжараси тугунлари бир хил атомлардан ташкил топган бўлади. Қуйидаги Si, Ge ва Sn элементар яримўтказгичли материаллар тўрттадан валент электронларига эга ва 2-расмда кўрсатилгандек кристалл панжарада тўрттадан атомлар билан боғланиш хусусиятига эгадирлар. Бу ҳусусиятлари уларнинг олмос кристалл панжарага эга бўлишларини намоён этадилар.

Расм 2. Ковалент, тетраэдрик боғланиши.

Atomlar joylashishida qat’iy tartib va davriylik bo’lgan qattiq jismdir (bularda atomlar joylashishida qat’iy yaqin va uzoq tartib mavjud). У қуйидаги расмда келитрилган кўринишда бўлади.

Расм 3. Кристалларнинг кўриниши.
Olmos, kremniy, osh tuzi, ва .ҳ.к. Kristallar o’zining tuzilishiga qarab monokristall, polikristall va аморф материалларга bo’linadi. Kristallar tabiiy bo’lishi bilan birga (olmos) odatda sun’iy yo’l bilan ҳам o’stiriladi.
Кремний элементининг асосий катталиклари Жадвал 1.

1sm^3 kristalldagi atomlar soni	5,010^22
Atom og’irligi	28,09
Teshilish kuchlanishi, V/sm	310^5
Kristall strukturasi	Olmos
Zichligi, g/sm^3	2,328
Dielektrik sindiruvchanligi	11,9
O’tkazuvchanlik zonada elektronlarning joylashish zichligi, Nc, sm^-3	2,810^19
Valent zonada kovaklarning joylashish zichligi, Nv, sm^-3	1,0410^19
Elektronlarning effektiv massasi m*/m0	=0,98 =0,19
Kovaklarning effektiv massasi m*/m0	=0,16 =0,49
T=300K da Eg energetic qiymati, eV	1,12
Xususiy konstentrastiyasi, sm^-3	1,4510^10
Debay erkin yo’l uzunligi, mkm	24
Solishtirma qarshiligi, Omsm	2,310^5
Panjara doimiysi, Å	5,43095
Erish harorati, C	1415
Asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar yashash vaqti, s	2,510^-3
Dreyf harakatchanligi, sm^2/(Vs) elektronlarning kovaklarning	1500 450
Fononlarning o’rtacha yugurish yo’l uzunligi 0, Å	70 elekt 55 kovak
Solishtirma issiqlik, Dj/(gC)	0,7
Issiqlik diffuziya koeffitsiyenti, sm^2/s	0,9

Табиатда кремний энг кўп учрайдиган хом ашёлар булар кварц, дала тоши, чақмоқ тош ва қумлардир. Уларнинг куриниши қуйидаги расмларда келтирилган.

Кремнийга бой тош кварц

чақмоқ тош қўм.

Расм 4. Кремний элементи энг кўп учрайдиган манбалар.