13-маъруза. Yarim o’tkazgichlar

13-маъруза.Yarim o’tkazgichlar

R E J A:

1.Xususiy yarim o’tkazgichlar

2. Xususiy yarimo’tkazgichlarda zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi

3.Fermi sathi va uning holati

4.Xususiy yarim o’tkazgichlar elektr o’tkazuvchanligining haroratga bog’liqligi

Tayanch iboralar : Ximiyaviy potensial, Fermi sathi, Fermi–Dirak statistikasi,

klassik statistikasi, valent soha, taqiqlangan soha, o’tkazuvchanlik sohasi.

13.1 Xususiy yarim o’tkazgichlar

Ximiyaviy jihatdan toza yarim o’tkazgichlar xususiy yarim o’tkazgichlar deb ataladi. Ularga bir qator toza elementar (Ge – germaniy, Si – kremniy, Se – selen, Te – tellur) va ximiyaviy birikmalar (Ga As – galliy arsenidi, In As – indiy arsenidi va hokozolar) kiradi. Bu yarim o’tkazgichlardan Si - kremniy hozirgi zamon mikroelektronikasining eng asosiy xomash’yosi hisoblanadi. Shu sababli, quyidagi jadvalda, sanoatda qo’llaniladigan, yuqori darajada tozalangan kremniy tarkibida kirishmalarning atom ulushida bo’lish chegarasi keltirilgan.

Kirishmalar	Mumkin bo’lgan miqdori , %
Al	1∙10^-7
B	1∙10^-7
H	1∙10^-3
Fe	1∙10^-7
O	1∙10^-7
Mg	1∙10^-7
Mn	1∙10^-7
Cu	1∙10^-8
Pb	1∙10^-7
Ag	1∙10^-7
P	1∙10^-8
Zn	1∙10^-8

13.1– rasmda xususiy yarim o’tkazgichning energetik sohalar strukturasining chizmasi keltirilgan. Absolyut nol (T = 0 K) temperaturada valent soha elektronlar bilan to’lgan, valent sohadan yuqorida, Eg energetik masofada joylashgan o’tkazuvchanlik sohasidagi energetik sathlar bo’shdir.

Bu temperaturada elektronlarning issiqlik harakati energiyasi Eg – taqiqlangan soha kengligini yengib o’tishga yetarli emas, shu sababli, xususiy yarimo’tkazgich xuddi dielektrik moddasidek o’tkazuvchanlikka ega bo’lmaydi. Temperatura ortishi bilan, uning ta’sirida valent sohadagi elektronlarning bir qismi

13.1 – rasm. Xususiy yarim o’tkazgichning energetik diagrammasi



13.2 – rasm. Xususiy yarimo’tkazgich valent elektronlarini tashqi ta’sir ta’sirida qo’zg’olishi

qismi termik qo’zg’olib, taqiqlangan sohadan o’tkazuvchanlik sohasiga o’ta oladi-gan energiyaga ega bo’ladi (13.2 – rasm).

Bu holda, o’tkazuvchanlik sohasida erkin elektronlar, valent soxada esa, shu sohani tashlab ketgan elektronlarning bo’sh energetik holatlari hosil bo’ladi. Bunday kristallga tashqi elektr maydoni qo’yilganda, o’tkazuvchanlik sohasida elektronlarning maydon yo’nalishiga teskari bo’lgan tartibli harakati paydo bo’ladi. Valent sohada esa, o’tkazuvchanlik sohasiga o’tgan elektronlarning musbat zaryadlangan holatlarining maydon yo’nalishidagi tartibli harakati paydo bo’ladi . Natijada, kristall o’tkazuvchanlikka ega bo’ladi. Taqiqlangan soha kengligi kichrayishi va kristall temperaturasi ortishi bilan, o’tkazuvchanlik sohasiga elektronlar ko’proq o’ta boshlaydi va kristall o’tkazuvchanligi orta boshlaydi.

Taqiqlangan sohasi kengligi Eg = 0,66 eV ga teng bo’lgan germaniyda, uy temperaturasida (T = 25⁰C) o’tkazuvchanlik sohasidagi elektron gaz konsentrasiyasi n_i ~ 10¹⁹ sm^-3 tengdir va kristallning solishtirma qarshiligi r » 0,48 Om.m ga teng bo’ladi.

Xuddi shu sharoitda taqiqlangan sohasining kengligi Eg = 5,2 eV ga teng bo’lgan olmosning o’tkazuvchanlik sohasida elektronlar konsentrasiyasi n_i ~ 10⁹ sm^-3 ga, kristallning solishtirma qarshiligi r_i ~ 10⁸ Om.m. ga teng bo’ladi. Ammo, temperatura 600 K ga teng bo’lishi bilan elektron gazning konsentrasiyasi olmosda bir necha tartibga ortadi, solishtirma qarshiligi esa ~0,5 Om.m. ga yaqinlashadi.

Yuqoridagilardan quyidagi ikkita muhim xulosa kelib chiqadi:

– yarim o’tkazgichlarning o’tkazuvchanligi valent sohadagi elektronlarga o’tkazuvchanlik sohasiga o’tish uchun yetarli bo’lgan energiyani beruvchi tashqi kuchlar ta’sirida paydo bo’ladi. Shuning uchun yarim o’tkazgichlar o’tkazuvchanligi qo’zg’otilgan o’tkazuvchanlikdan iboratdir;

– qattiq jismlarning yarimo’tkazgichlar va dielektriklarga bo’linishi ma’lum bir hisobda shartli tabiatga ega. Uy haroratida dielektrik xususiyatga ega bo’lgan olmos, yuqori temperaturalarda sezilarli o’tkazuvchanlikka ega bo’lib, yarim o’tkazgich xususiyatini oladi.

Tashqaridan berilgan ta’sir hisobiga valent sohadagi elektronlar taqiqlangan sohani yengib, o’tkazuvchanlik sohasiga o’tadi. Natijada, valent sohada bo’sh energetik holatlar hosil bo’ladi. Kristallga tashqi elektr maydoni qo’yilganda,valent sohadagi elektron hosil bo’lgan bo’sh energetik o’rinni (kovakni) egallaydi va o’zi tashlab ketgan joyda yana kovak hosil qiladi. Yangi hosil bo’lgan bo’sh kovakni valent sohadagi boshqa elektron egallaydi va x.k.