Тақырыбы: «Жартылай өткізгіштердің электр тоғын өткізу қасиеті» Мазмұны

Тақырыбы: «Жартылай өткізгіштердің электр тоғын өткізу қасиеті» Мазмұны

Аймақлық теория негіздері. Жартылай өткізгіш материалдардың кристалдық құрылымы және өткізгіштік түрлері. Жартылай өткізгіштердегі электр тогы

Өмірде атом жеке күйде кездесе бермейді де, оны біз белгілі бір қасиеттері бар атомдар жиынтығы, яғни зат ретінде білеміз. Мұндай жағдайда ,атомдардың бір – біріне өзара әсер етуіне байланысты, олардың энергетикалық деңгейлері тарамдала, кеңи келе, энергетикалық аймақтарға айналады ( Аймақтық теориялық деп аталуы да осы себептен). Осылар үш энергетикалық аймаққа сәйкес келеді де (1 сурет), олар былай аталады:

1 сурет

1 - өткізгіштік аймақ ( электрондар осы аймаққа өткен жағдайда өткізгіштік электр тоғы пайда болады);

2 - тыйым салынған аймақ ( электрондар бұл аймақта бола алмайды, өйткені , егер энергиясы артық болса , 1- аймаққа өтеді, ал кем болса, онда кері , валенттік 3- аймаққа қайтады);

3 - валенттік электрондармен толтырылған аймақ.

Валенттік аймақдан электрондар кете қалған жағдайда , онда бос орындар – кемтіктер пайда болады.

Жартылай өткiзгiштер деп кедергiсi кең көлемде өзгере алатын және температурасы жоғарылаған сайын кедергiсi тез азаятын заттарды айтады.

Таза (қоспасыз) жартылай өткiзгiш кристалындағы еркiн электрондардың және кемтiктердiң қозғалысынан болатын өткiзгiштiктi жартылай өткiзгiштердiң меншiктi өткiзгiштiгi дейдi.

Оларға кремний Si, германий Ge және құрамы күрделі жартылай өткізгіштер: калий арсенидi, сульфидтер жатады. Олар тетраэдр тәрiздес кристалл тордан тұрады. Кристал тордың жазықтықтағы бейнесі (2 сурет) көрсетілген.

2 сурет

Германийдiң атомдарының арасындағы байланыс ортақ электрондар арқылы жүзеге асырылады, бұндай байланыс коваленттiк деп аталады. 0⁰К температурада және сыртқы қоздырушы факторлар жоқ болса, бұл байланыстар бұзылмайды, бұл кезде өткiзгiштiк аймақта электрондар болмайды да жартылай өткiзгiш диэлектрик сияқты болады.

Қоздырылған кезде кейбiр электрондар валенттiк аймақтан өткiзгiштiк аймаққа өтуге жеткiлiктi энергияға ие болады. Бұл электрондар ядромен байланысын жоғалтып, еркiн қозғала алады.

Егер осындай жартылай өткiзгiштiкке кернеу берсе, онда бұл қозғалыс реттеледі. Электрондардың қозғалысынан пайда болған өткiзгiштiкэлектрондық немесе n - түрлi өткiзгiштiкдеп аталады (negative - терiс).

Электрон өткiзгiштiк аймаққа өткен кезде коваленттiк байланыста бос орын құрылып, бос энергетикалық деңгей пайда болады, оған көрші байланыстан басқа электрон өтуi мүмкiн. Бұл бос энергетикалық деңгейлер кемтiктер деп аталады. Кемтiктi оң (плюс) таңбасымен белгiлейдi - ядроның өтемделмеген заряды. Дұрысын айтқанда, зарядтарды тасымалдаушы электрондар болады. р - түрлi жартылай өткiзгiшке кернеу берілгенде, электрондардың бiр байланыстан басқасына кезекпен өтуiн қамтамасыз етедi. Бірақ та, оң зарядтардың, яғни кемтiктердiң үзiлiссiз қозғалысын қарастыру ыңғайлы. Кемтiктердiң қозғалысынан пайда болған өткiзгiштiк кемтiктiк өткiзгiштiк немесе р - түрлi өткiзгiштiк деп аталады (positive - оң).

Валенттiк байланыстардың үзiлу нәтижесiнде кемтiктердiң және электрондардың жылжуынан пайда болған өткiзгiштiк жартылай өткiзгiштiң өзiндiк өткiзгiштiгi деп аталады. Бұл кезде кемтiктер мен электрондардың шоғырлануы бiрдей болады, сондықтан сыртқы тiзбектегi тоқ нөлге тең болады.

Кемтiктердiң немесе электрондардың шоғырлануы басымдау болуы үшiн кемтiктер мен электрондарды қоспа қосу арқылы алады. Егер жартылай өткiзгiшке үш валенттi қоспа (бор, галлий) қосса, онда кемтiктi өткiзгiштiк жартылай өткiзгiш аламыз (3, а сурет ). Бұндай қоспалар акцепторлiк деп аталады. Егер жартылай өткiзгiшке бес валенттi қоспа қоссақ (фосфор, мышьяк), онда электронды өткiзгiштiк жартылай өткiзгiш аламыз (3, б сурет). Бұндай қоспа донорлық деп аталады.

3 сурет

Жартылай өткiзгiштердiң кристалдық торларына қоспаларды енгiзуiнен болатын электрөткiзгiштi қоспалық өткiзгiштiк дейдi.

Қоспа қосу нәтижесiнде электрондардың немесе кемтiктердiң шоғырлануы басым болатын жартылай өткiзгiш аламыз және сыртқы тiзбектегi тоқ электрондармен немесе кемтiктермен анықталады.

n - түрлi жартылай өткiзгiште негiзгi тасымалдаушыға электрондар, ал негiзгi емес тасымалдаушыларға кемтiктер жатады.

p түрлi жартылай өткiзгiште негiзгi тасымалдаушыларға кемтiктер, ал негiзгi емес тасымалдаушыларға электрондар жатады.