Ярим ўтказги чларнинг электрофизик хусусиятлари (10- маъруза)

1.

10- маъруза
Яримўтказгичларнинг
электрофизик хусусиятлари

2. Режа

1. Яримўтказгичлар хақида тушунча.
2. Яримўтказгичларнинг хусусиятлари.
3. Қаттиқ жисм зоналар назарияси элементлари.
4. Ферми сатҳи.
5. Яримўтказгич ва ўтказгичларни таққослаш.

3. Яримўтказгичлар

Яримўтказгичлар-ўзининг солиштирма ўтказувчанлиги
бўйича
ўтказгичлар
ва
диэлектриклар
орасидаги
материаллардир. Уларнинг солиштирма қаршилиги нормал
температурада 10–6 дан 10+8 Ом·м гача ўзгаради.
Яримўтказгичларнинг
электрўтказувчанлиги
ташқи
энергетик таъсирлар ва киритма, аралашма, (ишқор) ларга
боғлиқ.
Яримўтказгичларнинг асосий хусусиятларидан бири
сифатиди уларнинг температура кўтарилиши билан электр
ўтказувчанлигининг ошишига айтиш мумкин.

4. Яримўтказгичлар

Яримўтказгичлар кристалли моддалар бўлиб, уларнинг
тақиқланган зоналари бир неча электрон-вольтни (эВ)
ташкил этади. Яримўтказгичларга таркибига кимёвий
элментлар киради (германий, кремний).
Тоза кристал панжарада бошқа кимёвий элемент атоми
(масалан кремний кристалида фосфор, бор атоми) (примесь)
аралашма, қоришма, киришма (ишқор) дейилади.
Аралашма атомлар электронни кристалга бериши (фосфор)
ёки уни олишига (бор) қараб донорли ёки акцепторли
дейилади.
Абсолют ноль температураси қошида яримўтказгичлар
диэлектрик хусусиятига эга.

5. Яримўтказгичлар

Яримўтказгичлар ўтказгичлар ва диэлектриклар хусусиятларига
эга. Яримўтказгичли кристалларда атомлар ковалент алоқалар
ўрнатади (яъни кремний кристалидаги битта электрон иккита
атом билан боғланган), электронларга атомдан озод бўлиш учун
ички энергия даражаси зарур. Бу энергия уларда
температуранинг кўтарилиши билан ҳосил бўлади ва алоҳида
электронлар ядродан бўлиниш учун энергия олди.
Температура ошиши билан эркин электронлар ва коваклар сони
ошади, ва шунинг учун аралашмасиз ўтказгичларнинг
солиштирма электр қаршилиги камяди. Ўтказувчанлик
электрон-ковак
механизми
хусусий
(аралашмасиз)
яримўтказгичларда намоён бўлади.
Бу яримўтказгичларнинг хусусий электр ўтказувчанлиги
дейилади.

6. Хусусий яримўтказгичлар

Яримўтказгич кристаллда киритмалар ва кристалл панжара
тузилмалари нуқсонлари (бўш тугунлар, панжара сурилишлари
ва бошқалар) бўлмаса, у хусусий яримўтказгич дейилади.

7. Киритмали яримўтказгичлар

Электр ўтказувчанлиги асосан киритмалар атомларининг
ионлашуви натижасида ҳосил бўладиган заряд ташувчилар
билан
боғлиқ
ярим
ўтказгичлар
киритмали
яримўтказгичлар деб аталади. (n -турдаги)

8. Киритмали электр ўтказувчанлик (р-турдаги яримўтказгич)

9. Яримўтказгичларнинг хусусиятлари

Яримўтказгичларнинг электр хусусиятлари электронлар
томонидан валент зонани тўлдирилганлиги даражаси ва
валент зонанинг юқори ва ўтказувчанлик зонасининг паст
чегаралари ўртасидаги тақиқланган зона кенглиги билан
аниқланади.
Бу ерда хар қандай электронлар билан бўлаётган жараён
уларнинг ҳолатини ўзгариши билан кечади. Аммо зона
чегарасида ҳамма ҳолатлар тўлдирилган бўлса, бу зонада
тезлик, энергия ва йўналишнинг ўзгариши бўлмайди.
Шунинг учун тўлиқ тўлдирилган валент зона
электронлари электр зарядларини ташишда иштирок
этмайдилар ва ўзининг зонасида қоладилар.

10. Яримўтказгичларнинг хусусиятлари

Ядро ва электрон ўртасида алоқа узилганда атомнинг электрон
сиртида бўш жой ҳосил бўлади. Бу бошқа атомдаги электронни бўш
жойга эга бўлган атомга ўтиши билан кузатилади. Бошқа атомга ўтган
электрон ўрнига бошқа атомдан электрон келади ва шундай давом
этади. Бу жараён атомларнинг ковалент алоқалари билан белгиланади.
Шундай қилиб атомнинг ўзи жойида қолган ҳолда мусбат заряднинг
кўчиши содир бўлади. Ушбу шартли мусбат заряд ковак дейилади.
Одатда яримўтказгичларда ковакларнинг ҳаракатчанлиги электронлар
ҳаракатчанлигидан паст даражада намоён бўлади.
Энергетик зоналар:
Ўтказувчан зона Еў ва валент зона Ев ўртасида электронлар
энергияси тақиқланган зонаси Ет мавжуд. Уларнинг фарқи
Еў−Ев тақиқланган зона кенглигига тенг. Тақиқланган зона
кенглигининг ошиши билан электрон-ковак жуфтликлари ва хусусий
яримўтказгичнинг ўтказувчанлиги камаяди, солиштирма қаршилиги
эса ошади.

11. Яримўтказгичларнинг хусусиятлари

12. Қаттиқ жисм зоналар назарияси

Қаттиқ жисм зоналар назарияси-қаттиқ жисмда
(даврий кристалик панжара майдонида) валент
электронлар ҳаракати назарияси бўлиб, унга кўра
эркин электронлар хар қандай энергияга эга бўлиши
мумкин – уларнинг энергетик спектри узлуксиздир.
Атом билан изоляция қилинган электронлар
энергиянинг белгиланган қийматига эгадирлар.
Қаттиқ жисмда электронларнинг энергетик спектри
бошқача, у тақиқланган энергия зоналари билан
бўлинган алоҳида рухсат этилган энергетик
зоналардан ташкил топган.

13. Қаттиқ жисм зоналар назарияси

14. Қаттиқ жисм зоналар назарияси

15. Қаттиқ жисм зоналар назарияси

16. Ферми сатҳи

Берилган температурада ҳаракатчан ва қўзғалмас заряд
ташувчилар концентрацияси Ферми сатҳи WF ҳолати билан
аниқланади. Бу сатҳ бир электронга мос келувчи жисмнинг
ўртача иссиқлик энергиясига мос келади. Абсолют ноль
температурадан фарқли температурада бу сатҳнинг тўлиш
эҳтимоли 0,5 га тенг. Баъзи ярим ўтказгичли асбоблар
(туннель диодлари, туннель тешилишли стабилитронлар) да
ажралмаган ярим ўтказгичлар қўлланилади. Бундай ярим
ўтказгичларда Ферми сатҳи рухсат этилган зоналарда:
электрон ярим ўтказгич учун – ўтказувчанлик зонасида,
ковакли ярим ўтказгич учун – валент зонада жойлашади.
Ажралмаган ярим ўтказгичлар жуда катта киритма
концентрацияси ҳисобига ҳосил қилинадилар.

17. Металл, яримўтказгич ва диэлектрикларда Ферми сатҳи

18. Ферми сатҳи

p-турдаги яримўтказгичларда электронни тутиш ва валент зонага ўтиш
эҳтимоли ошади ва шунинг учун Ферми сатҳи пастга валент зона
чегарасига силжиган.

19. Яримўтказгич ва ўтказгичларни таққослаш

Яримўтказгич деб электр токини узатиш бўйича чекланган
қобилиятга эга бўлган кимёвий элемент тушунилади. Бу
электродлар уланганда уларнинг таркибида кам миқдордаги
эркин электронларнинг ҳосил бўлиши билан белгиланади.
Мисол тариқасида кремнийни келтириш мумкин (Д.И.
Менделеев даврий жадвалининг 4 гуруҳ моддаларига
киради). Кремнийнинг ташқи сиртида 4 валент электрон
мавжуд. Бошқа мисол тариқасида германийни ҳам келтириш
мумкин.
Уларнинг
асосий
характеристикаларидан
бири
–
солиштирма қаршилигидир. Қаршилигини пасайтириш учун
улар таркибига аралашмалар киритилади (бор, мышьяк).

20. Д.И. Менделеев кимёвий элементлар даврий жадвали

21. Кремний атоми

22. Яримўтказгич ва ўтказгичларни таққослаш

Ўтказгич-ток уланганда бир ядродан узилиб бошқасига кўчиш
имкониятига эга бўлган электронларнинг мавжудлиги хусусиятига эга
кимёвий элементлардир.Одатда булар металлардир. Яхши ўтказгич
сифатида бу мис, ва альюминийни айтиш мумкин.
Металл қанча тоза бўлса, у шунчалик катта ўтказувчанлик қобилиятига
эга. Киритма, аралашма, қоришмалар уларни бу хусусиятини
камайтиради. Металларни қиздирганда уларнинг ўтказувчанлиги камаяди,
ваҳоланки яримўтказгичларда эса кўтарилади.
Яримўтказгичларнинг ўтказгичлардан асосий фарқи –ток уланганда
яримўтказгичларнинг
структурасидаги
кам
миқдордаги
эркин
электронларнинг ҳосил бўлиши (бу ўз навбатида қиздирилганда
“коваклар” сингари катта миқдорда намоён бўлади) ва элементларнинг
юқори электр қаршиликларидадур.

23. Металл, яримўтказгич ва диэлектрик солиштирма қаршиликларини таққослаш

Материал тури
Солиштирма
қаршилиги,
Ом*см
Қаршилик
температур
коэффиценти
ишораси
Диэлектрик
манфий
Яримўтказгич
манфий
Металл
мусбат

24. Металл, яримўтказгич ва диэлектрикларни энергетик зоналарини таққослаш

25. Яримўтказгич ва ўтказгичларни таққослаш

Яримўтказгич
Ўтказгич
Ток уланганда оддий
шароитларда кам миқдорда
электронлар ажратади
Ток уланганда оддий
шароитларда кўп миқдорда
электронлар ажратади
Қиздирилганда
ўтказувчанлиги ошади
Қиздирилганда
ўтказувчанлиги камаяди
Мисол — германий, кремний
Мисол- металлар, мис,
альюминий

26. Назорат саволлари

1. Яримўтказгичлар хақида тушунча.
2. Яримўтказгичларнинг хусусиятлари.
3. Қаттиқ жисм зоналар назарияси элементлари.
4. Ферми сатҳи.
5. Яримўтказгич ва ўтказгичларни таққослаш.