Mavzu: muvozanat va nomuvozanat holatlardagi zaryad tashuvchilar

Erkin zaryad tashuvchilarning erkin yugurish yo’li
Yarimo’tkazgichga tashqi maydon berilmaganda erkin elektronlar istalgan yo’nalishda tartibsiz harakat qiladi. Elektrik maydon E ta’sir etganda esa elektron maydon bo’ylab yo’nalgan tezlanish va qo’shimcha tezlik oladi, bunda _s-tezlanish vaqti. Agar _s istagancha katta bo’lganda elektronning tezligi  cheksiz o’sib boravergan bo’lar edi. Biroq, bu holat faqat atomlari o’z joyida tinch turgan ideal kristall panjaralarda amalga oshishi mumkin. Aslida esa real kristallardagi davriy maydon, birinchidan, atomlarning issiqlik harakatlari, ikkinchidan, kristall panjaradagi turli nuqsonlar ta’siri sababli buzilgan bo’ladi.
Shular tufayli elektron, o’z yo’lining faqat qisqa qismidagina erkin yura oladi, so’ngra boshqa atom yoki nuqsonlar bilan to’qnashib tezlanishi va tezligini yo’qotadi. Elektronning tezlanish olishi yangidan boshlanadi.
Ana shu l_n yo’l elektronning erkin yugurish yo’li deb ataladi. _e-vaqt erkin yugurish vaqti deyiladi:
(9)
Buy erda, -elektronning to’qnashishlar orasidagi tezligi. Tajriba ko’rsatadiki, l_n odatda juda kichik, ya’ni10^-5 sm atrofida. Shuning uchun elektronning bu masofada E maydon ta’sirida olgan qo’shimcha tezligiuning issiqlik harakati tezligi₀ ga qaraganda juda kichik. Shu sababli (9) formulada  ning o’rniga ₀ ni qo’yish mumkin:
(10)


Erkin zaryad tashuvchilarning harakatchanligi
Harakat tezligini deyarli yo’qotgan elektron E elektrik maydon ta’sirida  qo’shimcha tezlik olsa, u holda elektronning maydon bo’ylab harakatidagi o’rtacha tezligi:
(11)
bu yerda,
(12)
elektronning harakatchanligi deyiladi. Ya’ni, elektronning kuchlanganlik kattaligi 1 V/sm bo’lgan maydonda olgan tezligi elektronning harakatchanligi deb ataladi. Bu ifodadan ko’rinishicha, erkin zaryad tashuvchining harakatchanligiuning samaraviy massasiga teskari mutanosib bo’lib, o’lchov birligi sm²V^-1 s^-1 ga teng.
Xuddi yuqoridagidek, kovak uchun ham harakatchanlik ifodasini yozishimiz mumkin:
(13)
Erkin zaryad tashuvchilarning harakatchanligi kristall panjaraning xossalariga, unda kirishmalarning bor yoki yo’qligi va temperaturaga bog’liqdir.
Xona temperaturasida elektronlarning harakatchanligi kremniyda 1350 sm²V^-1s^-1, germaniyda esa 3900 sm²V^-1s^-1 ga teng. Temperatura ortishi bilan kristall panjaradagi atomlarning issiqlik tebranishlari ko’payishi tufayli elektronlarning sochilishi ham kuchayadi, harakatchanligi esa kamayadi.
Tajribadan quyidagi munosabatlar topilgan:
, kremniy uchun,
, germaniy uchun.
Kirishmalar kontsentratsiyasi uqadar yuqori bo’lmaganda, (10¹⁵ -10¹⁶ sm^-3 atrofida) ular harakatchanlikka sezilarli ta’sir ko’rsatmaydi. Bundan yuqoriroq kontsentratsiyalarda esa, kirishmalar harakatchanlikni susaytiradi. Kovaklarga kelsak, ularning xona temperaturasidagi harakatchanligi kremniyda 430 sm²V^-1s^-1, germaniyda esa 1900 sm²V^-1s^-1. Temperatura ortishi bilan kovaklar harakatchanligi elektronlarnikiga qaraganda keskinroq kamayadi
, kremniy uchun,
, germaniy uchun.

Hozirgi zamon texnikasida ishlatiladigan yarimo’tkazgichlar orasida erkin zaryad tashuvchilarining harakatchanligi eng yuqori bo’lganlari bu-GaAs va InSb kristallaridir. Ularda elektronlarning harakatchanligi 910⁵sm²V^-1s^-1 gacha boradi.