Тошкент ахборот технологиялари университети самарқанд филиали

1.2 Яримўтказгичларда эркин заряд ташувчилар статистикаси. Яримўтказгичлар электр утказувчанлиги.


Хусусий электр ўтказувчанлик. Яримўтказгичлар электроникаси маҳсулотларининг кўп қисми кремний асосида тайёрланади. Соф (киритмаларсиз) кремнийнинг соддалаштирилган кристалл панжараси модели 2.4 а-расмда ва зоналар энергетик диаграммаси 2.4 б-расмда келтирилган. Яримўтказгич кристаллда киритмалар ва кристалл панжара тузилмалари нуқсонлари (бўш тугунлар, панжара сурилишлари ва бошқалар) бўлмаса, у хусусий яримўтказгич дейилади. Бундай яримўтказгичниi – билан белгилаш қабул қилинган.
Хусусий кремний кристалли атомининг тўрт валент электрони қўшни атомларнинг тўрт валент электронлари билан боғланган ҳолда мустаҳкам саккиз электронли қобиқ (тўғри чизиқли) ҳосил қилиши 2.4 а-расмдан кўриниб турибди. Бундай яримўтказгичда 0 К температурада ЭЗТлар йўқ, унинг электр ўтказувчанлиги =0. Шундай бўлишига қарамасдан, температура ортиши билан ёки яримўтказгич кристалл ёритилганда ковалент боғланишларнинг бир қисми узилиб валент электронлар ўтказувчанлик зонасига ўтиши учун етарли бўлган энергия оладилар (2.4 б-расм). Натижада, валент электрон ЭЗТга айланади ва электр кучланиш берилганда ток ҳосил бўлишида қатнашади. Атомдан электрон кетиши натижасида атом қўзғалмас мусбат ионга айланиб қолади.
Бир вақтнинг ўзида валент зонада бўш сатҳ ҳосил бўлади ва валент электронларда ўзининг энергиясини ўзгартириш имконияти туғилади, яъни валент зонанинг рухсат этилган бир сатҳидан бошқасига ўтиш имконияти очилади. Электрон, шундай қилиб, яримўтказгич орқали ток ҳосил бўлишида иштирок этиши мумкин. Температура ортиши билан ўтказувчанлик зонага ўтаётган электронлар сони кўпаяди ва натижада, электр ўтказувчанлик ортади.
а) б)

2.4 – расм. Хусусий кремнийда ЭЗТларнинг ҳосил бўлиши.

Валент зонадаги тўлдирилмаган энергетик сатҳ ёки эркин валент боғланиш ковак деб аталади. Ковак қиймати бўйича электрон зарядига тенг бўлган мусбат зарядли ЭЗТдир. Тўлдирилмаган энергетик сатҳлардаги ковакларнинг кўчиши валент электронлар тизими ҳаракатига қарама-қарши бўлади.

Шундай қилиб, атомлар орасидаги ковалент боғланишларнинг узилиши бир вақтнинг ўзида эркин электрон ва ковак (электрон-ковак жуфтлиги) ҳосил бўлишига сабаб бўлади. Бу жараён заряд ташувчилар генерацияси деб аталади. Агар бу жараён иссиқлик таъсирида амалга ошса, у термогенерация дейилади. 2.4 б-расмда ўтказувчанлик зонада электрон, валент зонада ковак ҳосил бўлиши мусбат ва манфий ишорали доирачалар кўринишида келтирилган.
Заряд ташувчилар генерацияси натижасида ҳосил бўлган электрон ва коваклар яримўтказгич ҳажмида хаотик ҳаракатланиб, яшаш вақти деб аталувчи маълум вақт давомида яшайдилар. Шундан сўнг эркин электрон атомлар орасида бўш қолган боғни тўлдиради ва боғланган ҳолатга ўтади. Бунда электрон – ковак жуфтлик йўқолади. Ушбу жараён рекомбинация деб аталади.
ЭЗТлар яримўтказгич ҳажмида хаотик ҳаракат қилиши нати-жасида кристалл панжара тугунларидаги атомлар билан тўқнашиб, ўз ҳаракат йўналиши ва тезлигини ўзгартиради. Шу сабабли электроннинг кристаллдаги массаси унинг бўш фазодаги массаси дан фарқ қилади. масса ўтказувчанлик электронининг эффектив массаси дейилади. Ковакларнинг эффектив массаси электронларнинг эффектив массаси га нисбатан катта. Масалан, кремнийда =0,28∙ , =0,59∙ ташкил этади. Бу ифодаларда = 9,11∙10^-31 кг.
Ўзгармас температурада ва кристаллга бошқа энергетик омиллар таъсир этмаганда (кристалл мувозанат ҳолатда бўлганда) ЭЗТларнинг генерация ва рекомбинация тезликлари тенг бўлади.
Яримўтказгичнинг солиштирма электр ўтказувчанлиги қиймати бирлик ҳажмдаги заряд ташувчилар сони, яъни концентрацияси билан аниқланади. Хусусий яримўтказгичда электронлар концентрацияси коваклар концентрациясига тенг ( = ). Яримўтказгич ўтказувчанлик турини белгиловчи n ва р лар, мос равишда negative (манфий) ва positive (мусбат) сўзларининг бош ҳарфларини ташкил этиб, катталик электронга ёки ковакка тегишли эканини англатади. Киритмасиз яримўтказгичда ҳосил бўлган электрон ва коваклар хусусий эркин заряд ташувчилар ( ва ), улар билан боғлиқ электр ўтказувчанлик эса хусусий электр ўтказувчанлик дейилади.