Yarim o'tkazgichlarni o'tkazuvchanligini temperaturaga bog'liqligi qosimov Fazliddin Tolibovich

YARIM O'TKAZGICHLARNI O'TKAZUVCHANLIGINI TEMPERATURAGA BOG'LIQLIGI
Qosimov Fazliddin Tolibovich
Buxoro davlat universiteti
Yarim o'tkazgichlar fizikasi yo'nalishi 1-kurs magistranti
Qahhorov Siddiq Qahhorovich
Buxoro davlat universiteti
Professor
Mamatov Bobur Bebit o'g'li
Buxoro davlat universiteti
Yarim o'tkazgichlar fizikasi yo'nalishi 1-kurs magistranti
Yarimoʻtkazgichlar - elektr tokini yaxshi oʻtkazuvchi moddalar (oʻtkazgichlar, asosan, metallar) va elektr tokini amalda oʻtkazmaydigan moddalar (dielektriklar) orasidagi oraliq vaziyatni egallaydigan moddalar. Mendeleyev davriy sistemasida II, III, IV, V va VI guruhlarda joylashgan koʻpchilik elementlar. ularning bir qator birikmalari yarimo'tkazgichlar jumlasiga kiradi. Yarimo'tkazgichlarda ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik elektronlarning harakati tufayli yuzaga keladi. Biroq elektronlarning harakatlanish sharoitlari metallar va yarimo'tkazgichlarda turlicha boʻladi.
Yarimo'tkazgichlarda erkin elektronlar konsentratsiyasining traga bunday keskin bogʻlikligi oʻtkazuvchanlik elektronlari issiqlik harakati taʼsirida hosil boʻlishini koʻrsatadi. Yarimoʻtkazgich kristallda atomlar valent elektronlari yordamida oʻzaro bogʻlangan. Atomlarning issiqlik tebranishlari vaqtida issiqlik energiyasi valent elektronlar orasida notekis taqsimlanadi. Ayrim elektronlar oʻz atomi bilan bogʻlanishni uzib, kristallda erkin koʻchib yurish imkonini beradigan yetarli miqdordagi issiqlik energiyasiga ega boʻlib qolishi va erkin elektronlarga aylanishi mumkin.
Kimyoviy jihatdan toza yarim o’tkazgichlar xususiy yarim o’tkazgichlar deb ataladi. Ularga bir qator ximiyaviy toza elementlar (germaniy-Ge, kremniy-Si, selen-Se, tellur-Te) va ximiyaviy birikmalar (galliy arsenidi – GaAs, indiy arsenidi-InAs, indiy antimonidi- InSb, Karbid kremniy-SiC va xakozolar) kiradi.
Yarim o’tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchi gazning xususiyatlarini belgilovchi asosiy parametrlardan biri - kimyoviy potentsialdir. Bu iborani elektron va kovakli gaz uchun oddiygina qilib Fermi sathi deyiladi.
Bizga ma’lumki metallarda Fermi sathi o’tkazuvchanlik sohasidagi elektronlar bilan to’lgan oxirgi energetik sathdir. T=0 K da Fermi sathidan pastdagi hamma energetik sathlar elektronlar bilan tulgan, undan yuqoridagi energetik sathlarning barchasi bo’shdir. Metallarda elektron gazning kontsentratsiyasi o’tkazuvchanlik sohasidagi xolatlar soni bilan bir xil bo’ladi, shuning uchun bu gaz aynigan gaz hisoblanadi va elektronlarning xolatlar buyicha taqsimlanishi Fermi Dirak kvant statistikasi bilan ifodalanadi. Bunday gazdagi elektronlarning kontsentratsiyasi temperaturaga deyarli bog’liq emas.
Yarimo'tkazgichlar elektron dasturlarda, ayniqsa tranzistorlar, diodlar va integral mikrosxemalar kabi tarkibiy qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, qattiq jismlarning lazerlari va elektr energiyasini uzatish tizimlari uchun ba'zi quvvat moslamalari kabi optik sensorlar uchun qo'shimcha yoki qo'shimcha sifatida ishlatiladi.
Hozirgi vaqtda ushbu turdagi element telekommunikatsiya, boshqarish tizimlari va signallarni qayta ishlash sohalarida texnologik ishlanmalar uchun ham mahalliy, ham sanoat dasturlarida qo'llanilmoqda.
Yarimo'tkazgich materiallari ular tarkibidagi aralashmalarga va ularning atrof-muhitning turli xil ogohlantirishlariga jismoniy ta'siriga qarab har xil turlarga bo'linadi.
Ular molekulyar tuzilishi bitta turdagi atomlardan iborat bo'lgan elementlardir. Ichki yarimo'tkazgichlarning ushbu turlari qatoriga silikon va germaniy kiradi.
Ichki yarim o'tkazgichlarning molekulyar tuzilishi tetraedral; ya'ni quyidagi rasmda ko'rsatilgandek to'rtta atrofdagi atomlar orasidagi kovalent bog'lanishlarga ega.
Ichki yarimo'tkazgichning har bir atomida 4 valentli elektron mavjud; ya'ni har bir atomning eng tashqi qobig'ida aylanadigan 4 ta elektron. O'z navbatida, ushbu elektronlarning har biri qo'shni elektronlar bilan bog'lanishni hosil qiladi.
Shu tarzda, har bir atom o'zining eng yuzaki qatlamida 8 ta elektronga ega bo'lib, shu bilan kristall panjarani tashkil etuvchi elektronlar va atomlar o'rtasida mustahkam bog'lanishni hosil qiladi.
Ushbu konfiguratsiya tufayli elektronlar struktura ichida osongina harakat qilmaydi. Shunday qilib, standart sharoitlarda ichki yarimo'tkazgichlar izolyator kabi harakat qilishadi.
Ammo ichki yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligi harorat ko'tarilganda ko'tariladi, chunki ba'zi bir valentlik elektronlari issiqlik energiyasini yutib, bog'lanishlardan ajralib turadi.
Ushbu elektronlar erkin elektronlarga aylanadi va agar ular elektr potentsiali farqi bilan to'g'ri yo'naltirilsa, kristall panjaradagi oqim oqimiga hissa qo'shishi mumkin.
Bunday holda, erkin elektronlar o'tkazuvchanlik zonasiga sakrab, potentsial manbaning (masalan, akkumulyator) musbat qutbiga o'tadi.
Valentlik elektronlarining harakati molekulyar strukturada vakuum hosil qiladi, bu tizimdagi musbat zaryad hosil qilganga o'xshash effektga aylanadi, shuning uchun ular musbat zaryadni tashuvchisi sifatida qaraladi.
Keyin teskari ta'sir paydo bo'ladi, chunki ba'zi elektronlar o'tkazuvchanlik zonasidan valentlik qobig'iga tushishi mumkin, bu jarayonda energiya ajralib chiqadi, bu esa rekombinatsiya deb ataladi.
Yarimo'tkazgichlar ikkita funktsionalligi, energiya samaradorligi, dasturlarning xilma-xilligi va arzonligi bilan ajralib turadi. Yarimo'tkazgichlarning taniqli xususiyatlari quyida keltirilgan.
Uning reaktsiyasi (Supero'tkazuvchilar yoki izolyatsion) elementning atrof-muhitdagi yorug'lik, elektr maydonlari va magnit maydonlariga ta'sirchanligiga qarab farq qilishi mumkin.
Agar yarimo'tkazgichga past harorat ta'sir etsa, elektronlar valentlik zonasida birlashgan bo'lib qoladi va shuning uchun elektr tokining aylanishi uchun erkin elektronlar paydo bo'lmaydi.
Boshqa tomondan, agar yarimo'tkazgich yuqori harorat ta'sirida bo'lsa, issiqlik tebranishi element atomlarining kovalent bog'lanishlari kuchiga ta'sir qilishi va elektr o'tkazuvchanligi uchun bo'sh elektronlar qolishi mumkin.
Yarimo'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi ichki yarimo'tkazgich tarkibidagi aralashmalar yoki doping elementlarining ulushiga qarab o'zgaradi.
Masalan, agar million bor kremniy atomiga 10 bor atom kiritilgan bo'lsa, bu nisbat toza kremniyning o'tkazuvchanligiga nisbatan birikmaning o'tkazuvchanligini ming marta oshiradi.
Kompozit yoki tashqi yarimo'tkazgichlar ichki yarimo'tkazgichlarning xususiyatlaridan ancha yuqori optik va elektr xususiyatlariga ega bo'lishi mumkin, bunga asosan radiochastotada va boshqa optoelektronik qo'llanmalarda ishlatiladigan galyum arsenidi (GaAs) misol bo'ladi.
Elektron sanoatida eng ko'p ishlatiladigan yarimo'tkazgich - bu kremniy (Si). Ushbu material bizning kundalik hayotimizning bir qismi bo'lgan integral mikrosxemalarni tashkil etuvchi qurilmalarda mavjud.
Silikon germaniy qotishmalari (SiGe) elektr gitara kabi elektr asboblarining radarlari va kuchaytirgichlari uchun yuqori tezlikda integral mikrosxemalarda qo'llaniladi.
Yarimo'tkazgichning yana bir misoli - bu signal kuchaytirgichlarida keng ishlatiladigan galliy arsenidi (GaAs), ayniqsa yuqori daromad va shovqin darajasi past bo'lgan signallar uchun.