Umumta’lim maktablarining fizika kursida “metal o’tkazgichlarda xususiy o’tkazuvchilar qarshilikligining temperaturaga bog’liqligi” mavzusini o’qitishda pedagogik texnalogiyalardan foydalanish”

Metall o’tkazgichlarda elektronlar qanday harakatlanadi? Shunday qilib, metall o’tkazgichlarda erkin elektronlar harakat qilar ekan. Endi ular qanday harakatlanishini aniqlab olaylik.
Agar o’tkazgichda elektr maydon bo’lmasa, elektronlar xaotik (tartibsiz) harakatlanadi (2.1.4- rasmga qarang). Har onda turli elektronlaming tezliklari turlicha kattalikda va har xil yo’nalishda bo’ladi. Agar o’tkazgichda elektr maydon vujudga keltirilsa, elektronlarning harakati tartibsizligicha qolgani holda elektr maydon ta’sirida bir oz tartibga tushadi: elektronlar manbaning manfiy qutbidan musbat qutbiga tomon harakatlanib, elektr toki hosil qiladi. 2.1.5-rasmda bitta elektronning elektr maydon ta’siridagi harakat trayektoriYasi sxematik tarzda ko’rsatilgan. Elektronlarning xaotik harakatiga elektr maydon ta’siri ostida manbaning musbat qutbiga yo’nalgan tartibli harakati “qo’shiladi”.

2.1.6-rasm

Bu mavzuda sizlar bilib olgan narsalarning hammasi quyidagi juda muhim xulosani chiqarishga imkon beradi:

Metall o’tkazgichlardagi elektr toki manbaning elektr maydoni ta’sirida elektronlarning tartibli harakatidan iborat.


2.2.Metal o’tkazgichlarda Yarimo’tkazgichlar oʻtkazuvchanligi


Yarimo’tkazgichlar oʻtkazuvchanligi jihatidan metall va dielektriklar
orasidagi moddalar boʻlib, oʻz fizik xususiyatlarini turli tashqi taʼsirlar (masalan yoritish, isitish va hokazo) natijasida keng intervalda oʻzgartira olish xususiyatiga ega. Yarimo’tkazgichlar elektronika va mikroelektronikada juda keng qoʻllanilib, zamonaviy elektr jihozlarning deyarli hammasi - kompyuterlardan tortib to uyali aloqa telefonlarigacha barchasi Yarimo’tkazgichli texnologiyaga asoslangan. Eng keng qoʻllaniladigan Ya modda kremniy boʻlib, boshqa moddalar ham keng qoʻllaniladi.
Yarimo’tkazgichlar — elektr tokini Yaxshi oʻtkazuvchi moddalar (oʻtkazgichlar, asosan, metallar) va elektr tokini amalda oʻtkazmaydigan moddalar (dielektriklar) orasidagi oraliq vaziyatni egallaydigan moddalar. Mendeleyev davriy sistemasida II, III, IV, V va VI guruhlarda joylashgan koʻpchilik elementlar. ularning bir qator birikmalari Yalar jumlasiga kiradi. Yarimo’tkazgichda ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik elektronlarning harakati tufayli yuzaga keladi. Biroq elektronlarning harakatlanish sharoitlari metallar va Yarimo’tkazgichda turlicha boʻladi. Ya. quyidagi asosiy xususiyatlarga ega:
Yaning elektr oʻtkazuvchanligi temperatura koʻtarilishi bilan ortib boradi (mas, temperatura 1 K ga ortganda Yarimo’tkazgichning solishtirma oʻtkazuvchanligi 16—17 marta ortadi); Yarimo’tkazgichning elektr oʻtkazuvchanligida erkin elektronlardan tashqari atom bilan bogʻlangan elektronlar ham ishtirok etadi (baʼzi hollarda bogʻlangan elektronlar asosiy rol oʻynaydi); sof Yarimo’tkazgichga oz miqdorda qoʻshilma kiritib, uning oʻtkazuvchanligini keskin oʻzgartirish mumkin (mas, 0,01% qoʻshilma kiritilganda Yarimo’tkazgichning oʻtkazuvchanligi 10000 marta ortib ketadi).
Past temperaturalarda Yarimo’tkazgichning solishtirma qarshiligi juda katta boʻladi va amalda ular izolyator hisoblanadi, lekin temperatura ortishi bilan ularda zaryatashuvchilarning konsentratsiyasi keskin ortadi. Mas, sof kremniyda 20° trada erkin elektronlar konsentratsiyasi ~1017m~3boʻlsa. 700° da 1024 m"3gacha, Yaʼni million martadan koʻproq ortadi. Yarimo’tkazgichda erkin elektronlar konsentratsiyasining traga bunday keskin bogʻlikligi oʻtkazuvchanlik elektronlari issiqlik harakati taʼsirida hosil boʻlishini koʻrsatadi. Yarimo’tkazgich kristallda atomlar valent elektronlari yordamida oʻzaro bogʻlangan. Atomlarning issiqlik tebranishlari vaqtida issiqlik energiyasi valent elektronlar orasida notekis taqsimlanadi. Ayrim elektronlar oʻz atomi bilan bogʻlanishni uzib, kristallda erkin koʻchib yurish imkonini beradigan yetarli miqdordagi issiqlik energiYasiga ega boʻlib qolishi va erkin elektronlarga aylanishi mumkin.
Tashqi elektr maydon boʻlmaganda bu erkin elektronlar tartibsiz harakat qiladi. Elektr maydon taʼsirida esa maydonga qarshi yoʻnalishda tartiblangan harakatga kelib, Yarimo’tkazgichda tok hosil qiladi. Erkin elektronlar yuzaga keltirgan oʻtkazuvchanlik elektron yoki p tip oʻtkazuvchanlik deb ataladi.
Bogʻlangan elektronning oʻz atomini "tashlab ketishi" atomning elektr neytralligini buzadi. unda "ketib qolgan" elektron zarYadiga miqdoran teng musbat zaryad — teshik vujudga keladi. Tashqi elektr maydon boʻlmaganda elektronlar ham, teshiklar ham tartibsiz harakatlanadi, tashqi maydon boʻlganda esa elektronlar maydonga qarshi, teshiklar maydon boʻylab koʻchadi. Teshiklarning koʻchishi bilan bogliq oʻtkazuvchanlik teshikli yoki n tip oʻtkazuvchanlik deyiladi. Erkin elektronlar soni bilan teshiklar soni bir-biriga tengligi tushunarli. Aniklanishicha, ularning harakatlanish tezligi ham bir xil ekan. Demak, Yarimo’tkazgichdagi tok ayni vaqtda ham elektron, ham teshikli oʻtkazuvchanlikdan vujudga keladi. Bunday elektronteshikli oʻtkazuvchanlik Yarimo’tkazgichning xususiy oʻtkazuvchanligi deyiladi. Xususiy oʻtkazuvchanlik sof Yarimo’tkazgichda kuzatiladi. Biroq tabiatda sofya. yoʻq. Baʼzi qoʻshilmalar Yarimo’tkazgichni erkin elektronlar bilan boyitsa, boshqa baʼzi qoʻshilmalar teshiklar bilan boyitadiYarimo’tkazgichda yuzaga keladigan bunday oʻtkazuvchanlik qoʻshilmali oʻtkazuvchanlik deb ataladi.
Agar asosiy Yarimo’tkazgich, atomi oʻrniga elementlar davriy sistemasida undan keyingi guruhda turgan element atomi kiritilsa, bu qoʻshilma atomning bitta valent elektroni atomlararo bogʻlanishda ishtirok etmaydi va erkin elektronlar safiga qoʻshiladi, binobarin, itip oʻtkazuvchanlik ortadi. Va, aksincha, undan oldingi oʻrinda turgan element atomi kiritilsa, atomlararo toʻla bogʻlanishda 1 ta elektron yetishmaydi, teshik hosil boʻladi. Bunda rtip oʻtkazuvchanlik ortadi. Qoʻshimcha birinchi holda donor (elektron beruvchi) qoʻshilma, ikkinchi holda esa akseptor (elektron oluvchi) qoʻshilma deb ataladi.
Shunday qilib, Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi xususiy va aralashmali oʻtkazuvchanliklar yigʻindisidan iborat boʻladi. Yuqori tralarda xususiy oʻtkazuvchanlik, past tralarda esa qoʻshilmali oʻtkazuvchanlik asosiy rol oʻynaydi.
Yarim o'tkazgichlarning tuzilishi.
Misol uchun Yarim o'tkazgichning tipik vakili bo'lgan germaniyni qaraylik. Uning tartib nomeri 32 va to'rtta elektron qobig'i mavjud: 1-qobiqda 2 ta; 2-qobiqda 8ta, 3-qobiqda 18 ta, 4- qobiqda esa 4 ta elektron joylashgan. Uchta ichki qobiqdagi elektronlar turg'un bo'lib, kimyoviy reaksiYa-larda ishtirok etmaydi. Oxirgi to'rtinchi qobiqdagi elektronlar esa atom Yadrosi bilan juda kuchsiz bog'langan. Aynan shu elektronlar elementning boshqa atomlarining nechtasi bilan kimyoviy bog'lanishga kira olish qobiliyattini ko'rsatib, mazkur elementning valentligini aniqlaydi. Shuning uchun ham oxirgi qobiqdagi elektronlarga tashqi yoki valentli elektronlar deyiladi. Tashqi qobig'ida to'rtta elektroni mavjud bo'lgan germaniyning valentligi to'rtga teng. Mazkur atomga boshqa atomlar Yaqinlashganida valent elektronlar boshqa atomning valent elektronlari bilan oson ta'sirlashadi va kimyoviy bog'lanish hosil qiladi. Atom qobig'iga ma'lum energiYa berilganda atomnig ionlashuvi ro'y berishi mumkin. Aynan so'nggi qobiqdagi elektronni ozod qilish uchun eng kam energiYa taqozo qilinadi. Germaniy, kremniy va Yarim o'tkazgichlarning boshqa bir qancha vakillari kristall moddalar hisoblanadi. Ularning atomlari ma'lum qonuniYatlarga muvofiq joylashgan bo'ladi.