Жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі

Ішінде қоспасы жоқ жартылай өткізгіштердің өткізгіштігін меншікті өткізгіш деп атайды.

Абсолютті нол (ОК) температурадағы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі болмайды деуге болады, себебі бұл температурада жартылай өткізгіштердің ішінде еркін электрондар, яғни өткізгіш электрондар жоқ деген сөз. Сонымен жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі металдардікінен аз да, диэлектриктердікінен көбірек болады.

Жартылай өткізгіштердің тобына Менделеев ашқан элементтер жүйесінің (IV, V, VI) тобындағы – Ge, Si, Аs, Р, Se сияқты элементер және оксидтер, сульфидтер, сонымен қатар осылардың қорытпалары жатады.

Жартылай өткізгіштердің температурасы жоғарыланған кезде валенттілік электрондар қосымша эненргия алып, олардың кейбіреулері атомнан байланысын үзіп, еркін электрондарға айналады. Электрон-дарды атомнан жұлып алуға қажетті энергияны иондалу энергиясы деп аталады.

Жартылай өткізгіштердегі өткізгіш электрондар металл ішінде өткізгіш электрондар тәрізді, яғни олар кеңістік тордың атомдары мен иондарының ара арасында еркін орын ауыстырып жүре алады. Ал иондалған атомдар кристалдық тораптарында берік байланысқандықтан, олар еркін орын ауыстырып жүре алмайды.

Жартылай өткізгіштегі иондалған атомнан кеткен электронның орны босап (вакантты орын болады), осы орынды басқа электрон алуы мүмкін. Сондықтан осы бос орын кемтік деп аталады.

Егер бос орынға көршілес атомның байланысқан электрондардың біреуін алып келсе, бұл орын сонымен толады, бірақ оның есенсіне көрші атомда бос орын пайда болады. Осылай, өз атомымен байланысын үзбеген немесе байланысқан электрондардың бос орындарға бірте бірте ауысып, оларды толтырып отыруының сандарынан кемтік үздіксіз жылжып отыржан тәрізделенеді.

Сөйтіп таза жартылай өткізгіште кемтік саны қашанда электрондардың санына тең болады. (п_е=п_о) олар электрондардар сияқты бейберекет қозғалып отырады.

Сонымен валенттілік аймақтан өткізгіштік аймаққа ауысқан электрондар саны мына шамаға тең:

n = A e^{-∆Е/ ḱТ} ,

мұндағы А температураға байланысты түрақты шама, ∆Е тыйым салынған аймақтың ені, яғни ∆Е =E₂ - E₁.

Сонда жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі электрондар арқылы жүргізілсе, онда оны электрондық өткізгіш немесе п типті өткізгіш деп атайды.

Ал керісінше жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі кемтіктер арқылы жүргізілсе, онда мұндай өткізгіштікті кемтікті өткізгштік немесе р типті өткізгіштік деп атайды.

Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігін әдетте сыртқы әсерлердің жәрдемі арқылы іске асырады. Мысалы, температурасын арыттыру, сәулелендіру, күшті электр өрісінінің тудыру т.с.с. Сондықтан олардың өткізгіштіктері әр уақытта қоздырылған болып табылады.

3,12.а-суретте көрсетілген Е_р Ферми деңгейі тыйым салынған аймақтың қақ ортасында жатады, яғни Е_р = ∆Е/2. Ал тыйым салынған аймақтың еніне лайық энергия ∆Е негізінде валентілік аймақтың ең жоғарғы деңгейінде (Е₁) орналасқан электрондарды өткізгіштік аймақтың ең төменгі деңгейі (Е₂) жеткізілу үшін қажетті энергия шамасы болып есептелінеді, сондықтан бұл энергия активтену энергиясы деп аталады. Олай болса, Ферми энергиясы жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігіндегі электрондар мен кемтіңктерді қоздыру үшін қажетті энергия екен.

Демек, жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігі (б) температураға байланысты тез өседі, ал керісінше, олардың меншікті кедергісі (ρ) осыған сәйкес кемиді. Мысалы, кремнийдің 20ºС ғы меншікті кедергісі ρ=6·10⁴ Ом см болса, 700ºС-да ρ=0,1 Ом см болады. Сөйтіп температура өсумен бірге өткізгіштіктің артуы жартылай өткізгіштерде тасушыларды туғызады.

Енді б~Т ға тәуелділігін график түрінде көрсетуге болады. Мысалы, ℓп б~1/Т графике салсақ 3,12.б-суретте, онда жартылай өткізгіштер үшін түзу сызық шығады.

а) б)

Сурет 3,12

Сөйтіп оның көлбеулігі арқылы тыйым салынған аймақтың ені ∆Е анықтауға болады. Ал өткізгіштік шамасы мына өрнек арқылы табаны: б=б₀е^-∆Е/ḱТ мұндағы б_р әр түрлі жартылай өткізгіштерге тән тұрақты шама.

Егер кемтіктер оң зарятталған бөлшектер ығысатын жақа қарай орын ауыстырса, онда кемтікте абсолют шамасы электрон зарядына тең, оң зарядтың таңбасы бар деп ұйғаруымыз керек.

Сондықтан, жартылай өткізгіш ішіндегі тоқ тек өткізгіш электрондародың қозғалысына ғана емес, кемтіктердің қозғалысымен де жасалады. Міне, сондықтан жартылай өткізгіштерде әрі электрондық, әрі кемтік өткізгіш бар дейміз.

Өткізгіш электрондар мен кемтіктердің қозғалу үрдісінде еркін электрондар атом жүйесіндегі бос орындарды толтырып, оны бейтарап күйге қайта көшіреді. Осындай үрдісті электрондар мен кемтіктердің

Бұл иондалуға кері үрдіс, өйткені мұнда өткізгіш электрондар мен кемтіктер жойылады.

Жартылай өткізгіш ішінде осы көрсетілген екі үрдіс қабаттаса жүреді де, температура өзгермесе, өткізгіш электрондар мен кемтіктердің тығыздығы бір қалпында сақталады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: