Toʼsiq zonaning potentsiali (energiyasi)

manfiy zaryadlar kontsentratsiyasi ortib, soha kavak- larga kambagʼal boʼladi. Qontakt sohasida bunday kam- bagʼallashgan sohaning vujudga kelishi kondensator qoplamalariga oʼxshash turlicha zaryadga ega boʼlgan ikki qatlamni hosil qiladi. Natijada potentsiallar ayirmasi va maydon kuchlanganligi Yek boʼlgan elektr maydonini hosil qiladi (3.4 v, g-rasm). Uning yoʼnali shi shundayki, asosiy tok tashuvchilarning diffuziyasi ga toʼsqinlik qilib, asosiy boʼlmagan tok tashuvchilar ning koʼchishiga imkon beradi. Zaryadlarning koʼchishi elektr maydon kuch chiziqlari boʼyicha boʼlgani uchun uni dreyf toki deyiladi.

Diffuziya toki bilan dreyf toki tenglashganda muvozanat hosil boʼladi. U dinvmik muvozanat deyiladi. Unda vaqt birligi ichida qarama-qarshi yoʼnalishda oʼtuvchi tok tashuvchilarning soni oʼzaro teng boʼladi.

Kontakt sohasidagi zaryadlarga kambagʼal boʼlgan soha yarim oʼtkazgichning kavak va elektron oʼtkazuvchanlikka ega qatlamlarini bir-biridan ajratib turadi. Bu qatlam toʼsits qatlam deb, hosil boʼlgan potentsiallar ayqrmasi esa, potentsial toʼsits deb ataladi. Koʼrib oʼtilgan jarayon oʼtish. hodisasi yoki oʼtish deb ataladi. oʼtish hodisasini bunday tushuntirish juda yuzaki boʼlib, kontakt sohasida yuz beradigan jarayonlarning fizik mohiyatini toʼliq ifodalay olmaydi. Uni zonalar nazariyasi asosida aniq baja;rish mumkin.

3.5-rasmda va oʼtkazuvchanlikli yarim oʼtkazgich- ning zonalar diagrammasi (a) va oʼtishning muvozanat holat uchun diagrammasi (b) tasvirlangan. Unda:

— toʼsiq zonaning potentsiali (energiyasi);

—donorlar aralashmasi uchun energiya sathining po- tentsiali;

— aktseptor aralashmasi uchun energiya satxining poten- siali;

— Fermi sathi deb ataluvchi energetik sathining potentsiali.

Fermi sathi deganda toʼldirilish ehtimolligi 0,5 ga teng boʼlgan energetik sath tushuniladi.

Gʼalayonsiz yarim oʼtkazgichlarda Fermi sathi toʼsiq zona oʼrtasida yetadi. Gʼalayonlangan yarim oʼtkazgichlarda



3.5-расм- р ва п қатламларнинғ мувозанат ҳолати (а) ва р—п ‘ўтишнинг зона диаграм- малари (б).

esa, u ruxsat etilgan, yaʼni oʼtish mumkin boʼlgan biron zonaning ichiga joylashgan boʼladi.

Fizikaviy jihatdan olganda Fermi potentsiali yarimoʼtkazgichning kimyoviy va elektr potentsiallarining algebraik yigʼindisini tashkil qiladi. Shuning uchun uni elektrokimyoviy potentsial deb ham ataladi.

Maʼlumki, kimyoviy potentsial modda zarralarining kontsentratsiyasiga bogʼliq miqdordir. Shuning uchun kimyoviy gyutentsiallar farqining mavjudligi modda zarralari kontsentratsiyasining farqi mavjudligini koʼrsatadi. Zarra kontsentratsiyasida farq boʼlishi, oʼz navbatida, ularning katta kontsentratsiyali oʼrindan kichik kontsent|ratsiyali oʼringa koʼchishiga olib keladi, yaʼnn zarralar diffuziyasini vujudga keltiradi. Shunga koʼra kimyoviy potentsial erkin zarralarning (elektr zaryadga ega boʼlish yoki boʼlmasligidan qatʼiy nazar) dnffuziyalana olish imkoniyatini ifodalaydi. Elektr poteitsial esa, zaryadlangan zarralarning elektr maydonida koʼcha olish imkoniyatini — dreyfni ifodalaydi. Demak, Fermi potentsialining gradienti bir vaqtda ikki xil harakat — diffuziya va dreyfni xarakterlaydi.

Sistemaning muvozanat holatida Fermi potentsiali- ning gradienti nolga teng boʼladi, yaʼni —const dir. Shuning uchun Fermi sathi doimiy (gorizontal) joylashgan boʼladi. Lekin bu elektr va kimyoviy potentsiallarning ham doimiyligi degan gap emas. Boshqacha aytganda, sistemaning muvozanat holatida uning elektr va kimyoviy potentsiallari oʼzgarishi mumkin, yaʼni zarralarning diffuziya va dreyf oqimlari mavjud boʼladi, lekin bu oqimlar bir-birini muvozanatlab turadi.

Shuni aytish kerakki, «Fermi sathi» soʼzi asosan muvozanat holatdagi sistemalar uchun ishlatnladi, chunkya bunda erkin elektronlar va kavaklarning soni, mos ravishda, teng boʼladi. Sistema muvozanatda boʼlmaganda esa, bu tenglik saqlanmaydi va «Fermi sathi» oʼzgarishga uchraydi. Bu holda uni «Fermining kvazi sathlari» ( va ) deb ataladi.

Umuman olganda potentsial toʼsiqning kattaligi koʼchib oʼtgan tok tashuvchilarning kontsentratsiyasi va temperaturaga bogʼliq boʼladi va quyidagicha ifodalanadn:

(3.1)

Bunda — sohadagi asosiy tok tashuvchilar (kavaklar);

— soxrlatya asosiy tok tashuvchilar (elektronlar);

— sohadagi asosiy boʼlmagan tok tashuvchilar;

— sohadagi asosiy boʼlmagan tok tashuvchilar;

— yarim oʼtkazgich kristalining xususiy tok tashuvchilar kontsentratsiyasi.

kattalik temperaturaoiy potentsiallar ayirmasi yoki temperatura potentsiali deb ataladi va kuyidagicha ifodalanadi:

⁽³²⁾

— electron razryadi;

к— 1,37-10 j/rad — Bolsman doimiysi;

Т — absolyut temperatura.

Temperatura potentsialining fizik mohiyati shundan iboratki, u elektr birliklarida ifodalangan statistik temperatura yoki elektron gazdagi erkin elektronlarning oʼrtacha kinetik energiyasidir. Uy temperaturasida (T=300°K) u 25 millivoltga teng boʼladi. Temperatura potentsialiping maksimal qiymati yarim oʼtkazgich materiali toʼsiq zonasining kengligi ni ifodalovchi potentsiallar ayirmasiga teng boʼladi.

Potentsial toʼsiqning temperaturaga bogʼliqligi, asosan, yarim oʼtkazgichning xususiy tok tashuvchilari kontsentratsiyasining temperaturaga bogʼlihligi drqali belgilanadi:

Bunda А — yarim oʼtkazgich materialiga bogʼliq koeffisient.

Temperaturaning har bir darajaga ortishi bilan potentsial toʼsiqning 2 millivoltga kamayishi aniqlangan.

Potentsial toʼsiqning tashqi manba taʼsirida oʼzgarishini, yaʼni oʼtishning volt-amper xarakteristikasini aniqlaylik. — oʼtishga tashqi manba ulansa, potentsial toʼsiqning balandligi oʼzgaradi va tok tashuvchilarning dinamik muvozanati buziladi. Natijada diffuziya va dreyf toklarining muvozanati ham buzilib, natijaviy tokning kattaligi tashqi manbaning kuchlanishiga bogʼlih boʼlib qoladi. Bu bogʼlanishni analitik hisoblab, grafikda tasvqrlash mumkin. Uni — oʼtishning volt-amper xarakteristikasi deb ataladi.

V olt-amper xarakteristikani anihlashda oson boʼlishi uchun tashhi manbaning kuchlanishi fahat kontakt sohasiga qoʼyilgan deb haraladi, yaʼni yarim oʼtkazgich hajmidagi potentsial tushuvi hisobga olinmaydi.