Mualliflar: Abduraxmanov. P., fizika-matematika fanlari doktori, professor, Egamov U., fizika-matematika fanlari

404




xosil bulishiga olib keladi. Bunday kattik jismlar yaxshi utkazgichlar bulishi kerak.
Endi kristallning elektronlar bilan tula egallangan valent sohasidan, utkazuvchanlik sohasi E_g keng energetik tirkish bilan ajralgan bulsin. Bunday kristallga kuyilgan tashki maydon elektronlarni yukoridagi bush utkazuvchanlik sohasiga utkaza olmaganligi uchun valent sohasidagi elektronlarning xarakati tusini uzgartira olmaydi.
Bush energetik satxlardan xoli bulgan valent sohada elektronlar tezligi buyicha taksimot simmetriyasini buzmasdan, fakat uz urinlarini almashtirishlari mumkin. SHuning uchun, bunday jismlarda tashki elektr maydon elektronlarning yunaltirilgan xarakatini xosil kilaolmaydi. Bunday kattik jism, tashki maydon ta’sirida elektr toki xosil bulmagani uchun, u elektr utkazuvchanlikka ega bulmaydi.
Xulosa kilib aytganda, elektr utkazuvchanlik bulishi uchun kattik jismlar energetik spektrida elektronlar bilan kisman tuldirilgan energetik sohalar bulishi zarur (229b - rasm).
^attik jismlar energetik spektrida bunday kisman tulgan energetik sohalarning bulmasligi ularda elektr utkazuvchanlik yuk bulishiga sabab bo’ladi.
Ikkinchi guruxdagi kattik jismlarning takiklangan sohasi kengligiga karab, ularni dielektrik va yarim utkazgichlarga bulish mumkin.
Dielektriklarga, nisbatan keng takiklangan sohaga ega bulgan kattik jismlar kiradi. Odatdagi dielektriklar takiklangan sohasi kengligi E_g > 3 eV dan katta bo’ladi. Masalan, olmosda E_g = 5,2 eV, bor nitridida E_g = 4,6 eV, alyumin oksidida L1₂ O₃ - E_g = 7 eV ga tengdir.
Tor energetik sohalarga ega bulgan kattik jismlar yarim utkazgichlarga kiradi, ularning kengligi taxminan ~1 eV atrofida bo’ladi.
Masalan: Germaniyda (Ge): E_g = 0,66 eV;
Kremniyda (Si): E_g = 1,08 eV;
Antimonid indiyda (In Sb): E_g = 0,17 eV;
Arsenid galliyda (Ga As): E_g = 1,42 eV.


405

130 - §. Xususiy yarim utkazgichlar

Ximiyaviy jixatdan toza yarim utkazgichlar xususiy yarim utkazgichlar deb ataladi. Ularga bir kator toza elementlar (Ge - germaniy, Si - kremniy, Se - selen, Te - tellur) va ximiyaviy birikmalar (GaAs - galliy arsenidi, InAs - indiy arsenidi va xakozolar) kiradi. Bu yarim utkazgichlardan Si - kremniy xozirgi zamon mikroelektronikasining eng asosiy xom ashyosi xisoblanadi.
230 - rasmda xususiy yarim utkazgichning energetik sohalar strukturasining chizmasi keltirilgan. Absolyut nol (T = 0 K) temperaturada valent soha elektronlar bilan tulgan, valent sohadan yukorida, E_g energetik masofada joylashgan utkazuvchanlik sohasidagi energetik satxlar bushdir. Bu temperaturada elektronlarning issiklik xarakati energiyasi E_g- takiklangan soha kengligini engib utishga etarli emas, shu sababli, xususiy yarim utkazgich xuddi dielektrik moddasidek utkazuvchanlikka ega bulmaydi.

228. 
     - rasm. Xususiy yarim utkazgichning energetik diagrammasi
     

Temperatura ortishi bilan, uning ta’sirida valent sohadagi elektronlarning bir qismi termik kuzFalib, takiklangan sohadan utkazuvchanlik sohasiga utaoladigan energiyaga ega bo’ladi (231 - rasm).


406

228. 
     - rasm. Xususiy yarim utkazgich valent elektronlarining tashsi
     

ta’sir natijasida kuzgalishi
Bu xolda, utkazuvchanlik sohasida erkin elektronlar, valent sohada esa, shu sohani tashlab ketgan elektronlarning bush energetik xolatlari xosil bo’ladi. Bunday kristallga tashki elektr maydoni kuyilganda, utkazuvchanlik sohasida elektronlarning maydon yunalishiga teskari bulgan tartibli xarakati paydo bo’ladi.
Valent sohada esa, utkazuvchanlik sohasiga utgan elektronlarning musbat zaryadlangan xolatlarining maydon yunalishidagi tartibli xarakati paydo bo’ladi . Natijada, kristall utkazuvchanlikka ega bo’ladi. Takiklangan soha kengligi kichrayishi va kristall temperaturasi ortishi bilan, utkazuvchanlik sohasiga elektronlar kuprok uta boshlaydi va kristallning utkazuvchanligi orta boshlaydi.
Takiklangan sohasi kengligi E_g = 0,66 eV ga teng bulgan germaniyda uy temperaturasida (T = 25°S) utkazuvchanlik sohasidagi
19 3
elektron gaz konsentratsiyasi^/ ~ 10 sm tengdir va kristallning solishtirma karshiligi r « 0,48 Om.m ga teng bo’ladi.
Xuddi shu sharoitda takiklangan sohasining kengligi E_g = 5,2 eV ga teng bulgan olmosning utkazuvchanlik sohasida elektronlar

9. 
   3
   

konsentratsiyasi n_t ~ 10 sm ga, kristallning solishtirma karshiligi


407

o

p_i ~ 10 Om.m ga teng bo’ladi. Ammo, temperatura 600 K ga teng bulishi bilan elektron gazning konsentratsiyasi olmosda bir necha tartibga ortadi, solishtirma karshiligi esa ~ 0,5 Om.m ga yakinlashadi.
YUkoridagilardan kuyidagi ikkita muxim xulosa kelib chikadi:

• 
  yarim utkazgichlarning utkazuvchanligi valent sohadagi elektronlarga utkazuvchanlik sohasiga utish uchun etarli bulgan energiyani beruvchi tashki kuchlar ta’sirida paydo bo’ladi. SHuning uchun yarim utkazgichlar utkazuvchanligissuzgatilgan utkazuvchanlikdan iboratdir;
  
• 
  kattik jismlarning yarim utkazgichlar va dielektriklarga bulinishi ma’lum bir xisobda shartli tabiatga ega. Uy xaroratida dielektrik xususiyatga ega bulgan olmos, yukori temperaturalarda sezilarli utkazuvchanlikka ega bulib, yarim utkazgich xususiyatini oladi.
  

Tashkaridan berilgan ta’sir xisobiga valent sohadagi elektronlar takiklangan sohani engib, utkazuvchanlik sohasiga utadi. Natijada, valent sohada bush energetik xolatlar xosil bo’ladi. Kristallga tashki elektr maydoni kuyilganda,valent sohadagi elektron xosil bulgan bush energetik urinni egallaydi va uzi tashlab ketgan joyda kovak xosil kiladi. YAngi xosil bulgan bush kovakni valent sohadagi boshka elektron egallaydi va xk.

131. 
     - §. Kirishmali yarim utkazgichlar
     

X,attoki etarlicha toza bulgan yarim utkazgichlarda uzining xususiy energetik satxlarini xosil kiluvchi kirishma atomlari mavjuddir. Bu energetik satxlar, yarim utkazgichning takiklangan sohasida valent sohasi shipi va utkazuvchanlik sohasi tubidan xar xil masofalarda joylashishi mumkin. Ayrim xollarda, yarim utkazgichga kerakli elektrofizik xususiyatlarni berish uchun, ataylab, kirishma atomlarini kiritadilar.
Kirishma atomlari energetik satxlarining asosiy turlarini kurib chikamiz.
Donor satxlar
Kremniy olmos tipidagi kristall panjaraga ega bulgani uchun, bu


408




panjarada xar bir atomning turtta eng yakin kushnisi bor, ular bilan 4 ta valent elektronlari orkali kovalent boglanishni xosil kiladi. Kremniy panjarasining tekislikdagi shartli ravishda kurinishi 232

• 
  rasmda tasvirlangan.