Yarimo‘ tkazgichlarda kontakt hodisalar

p – va n - yarimo‘tkazgichlar kontaktga keltirilganda energiyasi
yuqori bo'lgan zaryad tashuvchilar p-n o‘tish orqali qo‘shni sohalarga diffuziyalanish hisobiga p-n o‘tishning elektr maydoniga teskari yo‘nalishda siljiydilar. Natijada diffuziya toki I_DIF hosil bo‘ladi. Asosiy zaryad tashuchilaming p-n o‘tish orqali diffuziyalanishi bilan bir vaqtda noasosiy zaryad tashuvchilaming p-n o‘tish maydoni yo‘nalishidasiljishi boshlanadi. Bu maydon noasosiy zaryad tashuvchilarga tezlatuvchi ta’sir ko‘rsatib, dreyf tokini hosil qiladi. p-n o‘tishga elektr kuchlanish berilmaganda termodinamik muvozanat yuzaga keladi, ya’ni
diffuziya va dreyf toklari absolut qiymatlari teng bo‘ladi. Diffuziya va dreyf toklari qarama-qarshi tomonlarga yo‘nalgan boigani sababli p-n o‘tish orqali tok oqmaydi, ya’ni makroskopik zaryad tashish amalga
oshmaydi p-n о ‘tishning to‘g ‘ri ulanishi. Agar p-n o‘tishga tashqi kuchlanish
U₀ berilsa, muvozanat buziladi va undan tok oqib o‘ta boshlaydi.
Kuchlanish manbaining musbat qutbi p - sohaga, manfiy qutbi esa n -sohaga ulansa, p-n o‘tish to‘g ‘ri ulangan yoki to‘g ‘ri siljitilgan deb ataladi (2-rasm).

• 
  O‘zlarining elektr o‘tkazuvchanlik xossalariga qarab qattiq jismlar metallarga (o‘tkazgichlarga), yarim o‘tkazgichlarga va dielektriklar (izolyatorlar)ga bo‘linadi.
  

Metallar energetik zonalari elektron bilan to‘la band qilinmagan bo‘ladi (1a-rasm) va ularga tashqaridan kuchsiz elektr maydon ta’sir etsa, elektronlar yuqorida joylashgan uzluksiz bo‘sh o‘tkazuvchanlik zonalariga o‘tib olib, ma’lum yo‘nalishda harakat qiladi va elektr toki hosil bo‘ladi. Sababi metallarda valent va o‘tkazuvchanlik energetik zonalar bir-birlari bilan “chaplashib” uzluksiz zona hosil qilgan bo‘ladi.

Yarim o‘tkazgichlarga esa valent zona elektronlar bilan to‘lgan bo‘lib, agar elektronlar o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tmasa, ular erkin bo‘lmaydi (1b-rasm). Bu zona valent zonadan δe~0,12ev energetik masofada joylashgan bo‘ladi, unda ΔE – taqiqlangan zonaning eni. Agar elektronlar valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonaga o‘tmasalar, tashqi elektr maydon ta’siri bilan tok hosil bo‘lmaydi. Yarim o‘tkazgichda elektr toki hosil bo‘lishi uchun, ma’lum tashqi faktor (temperatura, yorug‘lik va h.K.) Yordamida elektronlar valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonaga o‘tgan bo‘lishi kerak.

• 
  Elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan, ya’ni yuqori elektr o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo‘lgan moddalar o‘tkazgichlar deyiladi. Elektr o‘tkazuvchi moddalar solishtirma qarshiligining katta kichikligiga qarab elektr tokini yaxshi o‘tkazadigan elektr o‘tkazgichlar (ρ=10-6¸10-4 Om×sm), izolyatorlar (ρ=105¸1018 Om×sm) va yarim o‘tkazgichlar (ρ=10-4¸105 Om×sm)ga bo‘linadi. Metallar, elektrolitlar va plazmalar elektr o‘tkazuvchidir.
  
• 
  Elektr o‘tkazuvchanligi yuqori bo‘lgan modda yoki jism o‘tkazgich deb ataladi. O‘tkazgichlar ikki xil bo‘ladi: birinchi tur o‘tkazgichlari va ikkinchi tur o‘tkazgichlari.
  

• 
  Dielektrikka o‘zgaruvchan kuchlanish ta’sir etsa, unda qo‘shimcha nobudliklar ham bo‘ladi. Bunday energiya nobudligi dielektrik gisterezisidir. Bu nobudlik quyidagi formula bilan aniqlanadi:
  

bu yerda k – material xususiyatiga bog‘liq bo‘lgan koeffitsiyent; f – o‘zgaruvchan tok chastotasi; E – elektr maydonining kuchlanganligi.
Biror elementga qo‘shilganda erkin elektronlar hosil qiluvchi element, masalan, surma donor deyiladi, donor qo‘shilgan element esa, n – tipli yarim o‘tkazgich deyiladi

• 
  Teskari ulanishda teshik va elektronlar tok manbaining turli qutblari tomon tortilishi sababli, to‘siq juda katta qarshilikka ega bo‘lib, undan o‘tadigan tok juda kichik, to‘g‘ri ulanishda esa, aksincha bo‘ladi. Demak, p-n qatlam bir tomonlama o‘tkazish, ya’ni ventil xususiyatiga ega bo‘ladi. Shu sababli yarim o‘tkazgichli dioddan o‘zgaruvchan tokni o‘zgarmas tokka aylantirishda keng foydalaniladi.
  

• 
  Diod, tranzistor, rezistor, induktivlik, kondensator kabi jajji asboblarning maxsus texnologiya asosida plyonkaga bosilib, o‘zaro biriktirilishidan hosil bo‘lgan sxemalar mikrosxemalar deyiladi. Bu sxemalarni yaratishda elektron – nur va lazer texnikasidan foydalaniladi. Murakkab elektrotexnik va elektron hisoblash mashinalarida bunday jajji asboblar ming-minglab ishlatiladi. Shu sabali ularning ixcham va pishiq, ishlatishga qulay bo‘lishi juda katta ahamiyatga egadir.
  

• 
  Yarim o‘tkazgichli asboblar elektron va ion asboblarga nisbatan quvvat isrofi kamligi, gabarit o‘lchamlari va massasining kichik (ixcham)ligi, arzonligi, mexanik jihatdan pishiqligi, xizmat davrining kattaligi va ishga tushishining oddiyligi va qulayligi kabi afzalliklari tufayli keyingi yillarda radiotexnika, energetika, avtomatika, telemexanika va hisoblash texnikasining qator sohalarida keng qo‘llanilmoqda.
  

Yarim o‘tkazgichlarning noyob xossalari Yarim o‘tkazgich materiallar o‘zining quyidagi o‘ta noyob xossalari bilan hozirgi zamon elektronikasi, mikroelektronikasi va nanoelektronikasining asosi hisoblanadi: 1 .Yarim o‘tkazgich materialining solishtirma qarshiligi harorat oshishi bilan (OKdan) eksponensial qonun bilan kamayadi. Masalan, kremniyning harorati T=100° К dan 300°K ga oshganda, uning solishtirma qarshiligi qiymati 102 4 Om sm dan 2- 10s Omsm gacha, ya’ni 101 8 karra kamayadi. Shu oraliqda eng yaxshi metall oltinni solishtirma qarshiligi bor yo‘g‘i 17% ortadi. Demak, yarim o‘tkazgich!aming elektr xossalarini harorat yordamida juda katta oraliqda boshqarish mumkin ekan. Bu yarim o‘tkazgichlarga xos juda noyob xossadir. 2. Yarim o'tkazgich materiallaming solishtirma qarshiligi kirishma atomlariga o‘ta sezgir boMadi; Misol uchun oltinga 30% mis yoki InGa moddasi qo‘shilsa, uning solishtirma qarshiligi boryo‘g‘i 3% o‘zgaradi. Shu holda xususiy 1 kg Si ga 0,001 mg ya’ni Si dagi atomlar sonidan 109 karra kam boMgan B,P yoki Sb ni qo‘shadigan boMsak, uning solishtirma qarshiligi 103 karra oshadi. Demak, xona haroratida Si ning solishtirma qarshiligini faqat kirishma atomlar konsentratsiyasi Ю 'Ч о 1 9 sm' ga oshirish hisobiga uning solishtirma qarshiligi р~ 1 0 5 Om sm dan p~103Omsm ga o‘zgartirish mumkin. Demak, yarim o‘tkazgichlarga kirishma elementlari kiritilganda ulaming xususiyatlarini keskin o‘zgarishi ham ulaming noyob xossaga ega ekanligidan darak beradi. 3. Yarim o‘tkazgich materiallarida metallardan farqli holda 2 xil tok tashuvchilar ya’ni elektron va kovaklar mavjud. Bu degan so‘z bitta yarim o‘tkazgich materiali asosida elektron o‘tkazuvchanlikka ega boMgan n-tur yoki kovak o‘tkazuvchanlikka ega boMgan p - tur material olishimiz mumkin. Mana bu xususiyat “Qattiq jismlar elektronikasi,, ga asos boMishiga diod (p—n) va tranzistorlaming kashf etilishiga va hozirgi zamon mikro hamda nanoelektronika paydo boMishiga va rivojlanishiga asos boMdi. Yarim o‘tkazgich materiallarining mana bu o‘ta noyob xossasi insoniyat hayotida texnika sohasi texnik revolyutsiya davrini boshlab berdi. 4. Metallarda umuman mavjud boMmagan holt ya’ni, tok tashuvchilaming (elektron va kovaklar) yashash vaqtini boshqarish usuli bilan yarim o‘tkazgichlar asosida umuman yangi turdagi elektron asboblar yaratish imkonini berdi. Bularga-lazerlar, fotoelementlar va boshqalami kiritish mumkin. Yarim o‘tkazgichlarda tok tashuvchilaming yashash vaqtini qiymatini juda katta oraliqda o‘zgarishi (103-40"H sek) o‘tatez ishlaydigan hozirgi zamon hisoblash mashinalari yaratishga sabab boldi. 5. Metallarga qaraganda yarim o‘tkazgich materiallarini elektrik, optik, magnit xossalari tashqi ta’sirlarga (magnit maydon, radiatsiya, bosim, yorugMik va h.k) o‘ta sezgirdir.Mana bu noyob xossa - texnikada tubdan yangi bo‘lgan asbob va qurilmalami yaratilishiga sabab boMdi. Bu hozirgi zamon hisoblash texnikasi, robototexnika va diagnostika sohalarini o‘ta yuqori darajada rivojlanishiga asos boMdi. 6. Yarim o‘tkazgich materiallami metallardan yana bir farqli xususiyati bu tok tashuvchiiar harakatchanligi nafaqat o‘ta yuqori qiymatlarga erishshi balki, harorat hamda nuqsonlarga o‘ta bogMiqdir. Yarim o‘tkazgichlaming asosiy noyob xossalarini fizik ma’nosi va ulaming mohiyatini kitobimizning keyingi boblarida keltirildi. 2.2. Yarim o‘tkazgich materiallarda kimyoviy bogManish Yarim o‘tkazgich materiallaridagi asosiy kimyoviy bogManish bu kovalent bogManishdir. Yarim o‘tkazgich materiallarini tashkil etadigan atomlaming asosiy qismi s va p elektron qobiqlari toMmagan boMgan, kristall hosil boMganidan, ulardagi hamma atomlaming tashqi elektron qobiqlari toMishi shart. Natijada kristalldagi har bitta atomni tashqi qobigMda elektronlar soni 8 taga yetib s p6 holatiga o‘tadi.Bunday bogManishda spinlari bir-biriga qarama-qarshi boMgan 2 ta elektron, ikki atom o‘rtasida umumiy boMgan holda, ikki atomga tegishli. Misol uchun. Si kristallini ko‘radigan boMsak, undagi atomlaming valent elektronlari holati s'p3 holatda boMib, bunday atom to‘rt tomondagi qo‘shnilaridan bittadan, qarama-qarshi spinli elektronlami qabul qilishi bilan, s2p6 holatiga o‘tadi.
Bunday bog‘lanishlar s 1 p3 gibrid bogManishlar deb atash qabul qilingan. Yarim o‘tkazgich materiallarida kovalent s’p3 bog‘lanish mavjud bo‘lishi uchun kristall shunday atomlaridan tashkil topgan boMishi kerakki, unda kristallni tashkil etgan 2 ta qo‘shni atom valent elektronlani yigMndisi 8 ga teng boMishi kerak. Bunday kristallar Si(s2 p2), Ge(s2 p2), Sn(s2 p2), C(s p2) yoki Ill-guruh elementlari Ga, In(sV) va V-guruh elementlari As, Sb,P(s'pJ), bunda bitta elektron V guruh toMa atomlaridan Ш-guruh atomlariga o‘tadi va natijada 111 va Vguruh atom elektronlar soni 4 tadan ya’ni s’p3 boMadi yoki II-guruh elementlari Gd, Zn(s2 p2) va Vl-guruh elementlari S,Se,Te(s2 pM, bu holatda Vl-guruh elementlari (s p4) dan 2 ta elektron II-guruh elementlari (s') ga o‘tadi va natijada har ikkala atomga ham s’p3 holatlari vujudga keladi hamda s’p3 tetroedrik kovalent bogManish hosil qiladi. 2.3. Yarim oMkazgich materiallarida kristall panjara tuzilishi Yarim o‘tkazgich materiallar kristall panjara tuzilishi asosan 4 xil tuzilishga almaz, sinkovoy obmanka, vyursit va osh tuzi ko‘rinishida uchraydi. Almaz kristall panjara-bu tomonlari markazlashgan ikkita kub elementar panjaraning bir- biriga nisbatan hajm dioganali chorak qismi bo’yicha siljiganda hosil boMadi.
Sinkovoy obmanka kristall panjara-bu tomonlari markazlashgan ikkita kub elementar panjaraning hajm dioganali bo‘yicha 1/4 qismi siljigan holatda hosil boMadi. Buni almaz turdagi panjaradan farqi shuki, tomonlari markazlashgan bitta kub elementar panjara faqat bir xil atomlardan, ikkinchi shunday panjara esa boshqa xil atomlardan tashkil topgan boiadi. Vyursit elementar kristall panjara-bu atomlari zich joylashgan ikkita geksogonal elementar yacheykaning bir-biriga kiritilgan holda paydo boMadi.Bunday kristall panjaralarda atomlar sinkovoy obmaka panjarasidagi tetroedrdagiday 4 ta yaqin atomlar bilan o‘ralgan boMadi. Osh tuzi elementar panjarasi- bu ikkita tomonlari markazlashgan kub elementar yacheykalaming bir-biriga kiritilgan holda paydo boMadi. Bunday panjarada bitta atom boshqa eng yaqin oltita atom bilan o‘ralgan boMadi.
Quyidagi jadvalda mavjud yarim o'tkazgich materiallarini qanday elementar panjara holda boMishi va panjara doimiylari haqida maMumotlar keltiriladi:
2.4. Yarim o‘tkazgich materiallaridagi nuqsonlar Metallardan farqli holda nuqsonlar yarim o‘tkazgich materiallarining barcha fizik xossalariga juda katta ta’sir ko‘rsatadi. Shuning uchun nuqsonlar tabiatiga va konsentratsiyasiga qarab, yarim o‘tkazgich materiallarining xossalarini maqsadli boshqarish mumkin. Yarim oHkazgich materiallaridagi nuqsonlar oMchamlariga qarab, xuddi boshqa qattiq jismlar kabi nuqtaviy, chiziqli va hajmli nuqsoniarga bo‘linadi. Bundan tashqari yarim o‘tkazgich materiallarda nuqsonlar elektrfaol yoki elektr neytral holatda boMishi mumkin. Elektr faol nuqson deganda, kristall panjara nuqsonlari paydo boMishi bilan undagi tok tashuvchilar miqdori o‘zgaradi, ya’ni elektronlar va kovaklar konsentratsiyasini oshishi yoki kamayishi mumkin.Natijada yarim o‘tkazgich materiallarining o‘tkazuvchanligi o‘zgaradi. Bu metallarda uchramaydigan hodisadir. Agar nuqsonlar yarim o‘tkazgich materiallarida elektron va kovaklaming o‘zgarishiga ta’sir etmasa bunday nuqsonlarni elektroneytral nuqsonlar deb ataladi. Elektr faol nuqsoniarga erkin elektronlar va kovaklami hosil qiluvchi kirishma atomlar, vakansiyalar va radiyatsion nuqsonlar kiradi. Erkin elektronlar va kovaklaming nuqson boMishiga sabab, erkin elektronlar kovalent boglanishni uzishi hisobiga paydo bo‘lganligi sababli bog‘lanishi buzilgan atom musbat zaryadlangan ion holiga o’tadi. Kovak esa, kovalent bogManishi buzilishi hisobiga musbat ionga aylangan yarim o‘tkazgich materiallining asosiy atom holidir. Shuni ham ta’kidlash zarurki, kirishma atomlarining hammasi ham elektr faol nuqsonlar bo‘lolmaydi. Agar kirishma atomlarining valent elektronlari soni, yarim o‘tkazgich materiallining asosiy atom valent elektronlari soniga mos kelsa, bunday atom kovalent bogManishini to‘la ta’minlagani uchun, qo'shimcha erkin elektronlar va kovaklar hosil qilmaydi. Chiziqli nuqsonlarga-Dislokatsiya kiradi. Dislokatsiya ham elektr faol nuqson holatlarda uchraydi. Yarim o‘tkazgichlarda nuqsonlarni o‘z tabiatiga ko‘ra muvozanatdagi, nomuvozanatdagi va kvazi muvozanatdagi nuqsoniarga bo‘lish mumkin. Muvozanatdagi nuqsoniarga berilgan tempratura energiyasi kT, mos keladigan kristall panjara nuqsonlariga aytiladi. Kristall o'stirilayotganda diffuziya yo‘li bilan kiritilgan barcha kirishma atomlarining holati, o'stirilayotgan yoki diffuziya qilinayotgan haroratdan past hamma haroratlarda nomuvozanat holatda bo‘ladi. Bunday nuqsonlar albatta vaqt o‘tishi bilan asta-sekin o‘z muvozanat holatiga qaytishi mumkin. Eksiton deb-o‘zaro bog‘langan va doimo birlashib harakat qiladigan elektron va kovaklar juftiga aytiladi. Eksiton o‘ta past haroratlarda mavjud bo‘ladi. Eksitonlar eiektr faol nuqsonlar emasdif. Yarim o'tkazgich materiallarida kirishma atomlar holati yuqorida ko'rsatilgandek kirishma atomlari eiektr faol va neytral holatlarda bo'lishi mumkin. Eiektr faol kirishma atomlar o'z tabiatiga ko‘ra 3 xil vaziyatda uchraydi. Agarda kirishma atomlardagi valent elektronlar soni yarim o'tkazgichdagi asosiy atomlami valent elektronlaridan ko'p bo'lsa, ularda qo'shimcha erkin elektronlar paydo boiadi. Bunday atomlar-donor kirishma atomlari deb ataladi. Agar kirishma atomiaming valent elektronlami soni yarim o'tkazgich materiali asosiy atomlarini valent elektronlari sonidan kam bo'lsa, kovaklar paydo qiladi. Bunday kirishma atomlar-akseptor kirishma atomlari deb ataladi. Ba’zi bir kirishma atomlar yarim o'tkazgich kristall panjarasida elektronlami kovaklami ham o'zgarishiga olib kelishi mumkin, bunday kirishma atomlar amfoter kirishma atomlar deyiladi. 2.5. Yarim o'tkazgich materiallariga kirishma atomlar kiritish usullari Yuqorida keltirilgandek, yarim o'tkazgichlaming fizik xossalarini ya’ni, ulami o'tkazuvchanlik, fotosezgirlik va magnit hossalarini juda katta ko'lamda boshqarishning asosiy yo'li bu bunday materiallarga kerakli va aniq konsentratsiya miqdorida kirishma atomlar kiritishdir. Hozirgi zamon texnologiyasi bo'yicha kirishma atomlar 3 xil yo'l bilan kiritiladi. Kristallami o'stirish jarayonida, diffuziya va ion implantatsiya usuii bilan. Monokristallami berilgan yo'nalish bo'yicha o'stirish usullarini eng asosiylaridan biri bu Choxlar usulidir. Ushbu usul bilan o'stirilgan kremniy monokristali quydagi 2.6 rasmdakeltirildi. Bunda maxsus kvars tigillarda yarim o'tkazgich materiallari suyultirilgan holda bo'lib, bunday suyuqlik yuzasiga aniq yo'nalishiga ([ 1 1 1 ], [ 1 1 0 ], [ 1 0 1 ]) ega bo'lgan ingichka monokristali (zatravka) tushuriladi. Zatravka suyuq yarim o‘tgazgichga tekkanidan so‘ng, u o‘z o‘qida aylanish bilan birga asta sekin (К З mm) yuqoriga minutiga ko‘tarila boshlaydi. Natijada o‘sha zatravka yo‘nalishiga mos holda, suyuq jism kristall holiga aylanadi.
Bunda suyuq holdagi eritmaga boMajak monokristallning qanday fizik parametrlariga ega bo‘lishini ta’minlaydigan Bor, Fosfor, Mishyak yoki boshqa kirishma atomlarini kerakli miqdorda qo‘shib, ulaming butun suyuqlik bo‘yicha tekis taqsimoti ta’minlanadi. Kirishma atomlarining bunday usul bo‘yicha kiritilishi, oMchamlari har xil ammo bir xil fizik parametrlarga ega boMgan monokristallami olish uchun ishlatiladi. Kirishma atomlarining yarim o‘tkazgich kristallariga kiritishning ikkinchi usuli bu diflfuziya usuli yordamida bajariladi. Bu usulda asosan kirishma atomlarini ma’lum bir yupqa qatlamlarda hosil qilish uchun ishlatiladi. Bunday usulda kiritilayotgan kirishma atomlar konsentratsiyasi, uning diflfuziya qilinayotgan haroratidagi eruvchanligi, qancha qalinlikka kirishi esa diflfuziya koefsiyenti bilan chegaralanadi. Diflfuziya usuli zamonaviy mikrosxemalar va diskret yarim o‘tkazgichIi asbobiami yaratish jarayonida asosiy texnologik jarayon hisoblanadi. Kirishma atomlar kiritishning uchinchi usuli bu, kirishma atomlarini vakuumda maxsus yoMlar bilan ularning energiyasini oshirib, kristall yuzani kirishma atomlar bilan bombardimon qilishdir. Natijada kirishma atomlar ionlar energiyasiga mos holda yuzadan bir necha 10 A0 dan bir necha 100 A0 gacha chuqurlikka kiradi, ya’ni yarim o‘tkazgich materialining sirt yuzasidagi o‘ta yupqa qatlam kirishma atomlari bilan boyitiladi. Bunday usulda kiritilgan atomlarni elektrfaol holiga keltirish uchun kristall ma’lum tempraturaga qizdiriladi, bundan tashqari kirishma atomlarning ionlari bilan bombardimon qilinganda kirishma atomlari yetib borgan joygacha radiatsion nuqsonlar hosil boMadi, agar ionlar energiyasi va dozasi yuqori boMsa unda kristall yuzasi amorf holga kelishi mumkin. Bu usuldan foydalanganda kristall yuzasida xohlagan konsentratsiyadagi kirishma atomlami paydo qilish mumkin. 2.6. Kirishma atomlar diffuziyasi Diffuziya usuli bilan kirishma atomlami kiritish hozirgi zamon mikroelek-tronikasida xar xil murakkablikdagi integral sxemalami yaratish texnologiyasining eng asosiy etaplaridan hisoblanadi. Diffuziya jarayoni 2 ta asosiy bosqichlaridan: kirishma atomlar eruvchanligi va ulaming diffuziya koeffisienti bilan aniqlanadi. Eruvchanlik berilgan haroratda diffuziya yoMi bilan kristallga kiritish mumkin boMgan atomlar konsentratsiyasidir. Eruvchanlik, kirishma atomlar radiusi, massasi va ulami tashqi elektron qobig‘idagi elektronlar soniga, asosiy yarim o‘tkazgich atomiaridan qanchalik farq qilganligiga bogMiq. Bu farq qancha katta bo‘lsa, kirishma atomlarining kristall panjara tugunlarida joylashish ehtimolligi shuncha kam boMishi bilan birga ulaming eruvchanlik qiymatlari ham kam boMadi. Agar kirishma atomlar bilan yarim oMkazgichning asosiy atomlari orasidagi tafovud qancha katta boMsa, bunday holda kirishma atomlar kristall panjara oraligMda joylashish ehtimolligi katta boMadi. Bunday kirishma atomlari yarim o‘tkazgich materiallaming Krista panjaralarida tugunlar aro joylashgan nuqsonlarni hosil qiladi. Bundaylarga: Si ga Zn, Fe, Ni, Co ... lami misol qilish mumkin.
Bunda N-berilgan haromtda kirishma atomlami eruvchanligi, kBoltsman doimiysi, T-harorat, Er-eruvchanlik energiyasi, N0-tempratura cheksiz boMganda eruvchanlik qiymati. Kirishma atomlaming yarimo‘tkazgich material sirtidan diffuzuya natijasida hajm bo‘ylab kirib boorish tezligini ko‘rsatadigan kattalik bu diffuziya koeffisiyentidir. Diffuziya koeffisienti qiymati ham kirishma atomlari parametrlari va diffuziya tezligiga bogiiq. D -O . • = » ( - § ) ( U ) D0-tempratura cheksiz boMgandagi diffuziya koeffisienti, Eddiffuziyaning energiya faolligi (ya’ni atomlaming kristall panjara ichida bir muvozanat holatdan ikkinchi muvozanat holatga o‘tishi uchun zarur boMgan energiya). Agar kirishma atomlar tugunlar bo‘yicha diffuziya qilinadigan boMsa, unda Ed ni qiymati tugunda turgan atomning 3 ta qo‘shnisi bilan bogManishni uzishi uchun kerak boMgan energiya ham atom qo'shni tugun joyiga o‘tishi uchun u yerda vakansiya paydo boMishi uchun kerak energiyalar yig‘indisiga teng bo‘tadi. Bunday kirishma atomlar uchun Si da Ed qiymati Ed=3-^5 eV ga teng boMadi. Agar atom tugunlar aro diffuziya qilinayotgan bo‘lsa, unda Ed qiymati atom turgan tugunlar aro joyidan qo‘shni diunday joyga o‘tishi uchun zarur boMgan energiyalar bilan, atom 2 ta tugun o‘rtasidan o‘tayotganda tashqi qobiq elektronlar o‘zaro itarilish kuchlarini yengishi uchun sarf qilinayotgan energiyalar yig‘indisiga teng bo‘Iadi. Bunday kirishma atomlar uchun Ed qiymati Е DifFuziya jarayonida berilgan vaqtda kirishma atomlarning hajm bo‘yicha taqsimoti diffuziya vaqtida kirishma atomlar miqdoriga qarab 2 xil boMishi mumkin. Agar diffuziya jarayonida jism sirtidagi yoki diffuziya kechayotgan muhitda kirishma atomlar konsentratsiyasi, kirishma atomlarning diffuziya boMayotgan haroratdagi eruvchanligidan juda katta boMsa, ya’ni diffuziya jarayonida kirishma atomlarning sirtdagi qiymati deyarli o£zgarishsiz qolsa, bunday holatni chegaralanmagan manbadan diffuziya deyiiadi va uning taqsimot quyidagi tenglik bilan aniqianadi:

2.7. Kirishma atomlaming eruvchanligi Kirishma atomlaming kristallda eruvchanligi - berilgan haroratda diffuziya natijasida kristallga kiritish mumkin bo‘lgan atomlar konsentratsiyasiga aytiladi. Demak, shu haroratdagi eruvchanlikdan ortiqcha atomlami kristall panjaraga kiritish mumkin emas. Eruvchanlik haroratga bog‘liq bo‘lib, harorat oshishi bilan eksponensial qonuniyat bilan oshib boradi va quydagi munosabat bilan aniqlanadi: , N = N0 e x p ( ~ ) (2.5). bunda No - T = oo bo'lgandagi eruvchanlik, E - eruvchanlik energiyasi, к - Bolsman doimiysi. Kristall panjaraga diffuziya usuli bilan kiritilgan kirishma atomlar har xil holatlarda boiishi mumkin - faqat tugunlarda joylashishi, faqat tugunlar aro joylashishi hamda boshqa atomlar yoki nuqsonlar bilan birikmalar hosil qilishi mumkin. Nazariy hisoblashlar ko‘rsatadiki, kirishma atomlaming tugunlarda joylashishi uchun quyidagi shartlar bajarilishi lozim, yarim o‘tkazgichning asosiy atomlaming va kirishma atomlar radiuslari birbiriga juda yaqin bo‘lishi va ulaming farqi 14% dan oshmasligi kerak. Shu bilan birga asosiy va kirishma atomlari tashqi qobig‘idagi elektronlar soni ham juda kam farq qilishi kerak. Masalan, Ge atomlarining valent elektronlami soni, atom radiusu hamda kristall tuzilishlari Si atomlaridan juda kam farq qilganligi uchun Ge va Si kristallarida cheksiz eruvchanlik xususiyatiga ega. Kirishma atomlaming tugunlar aro joylashishi uchun kirishma atomlardan asosiy atomning radiusi qancha kam bo‘lishi va ulaming valent elektronlari, yarim o‘tkazgichning asosiy atomlarini valent elektronlardan qancha ko‘p farq qilishi asosiy sabab hisoblanadi.

Masalan, Li atomlari kremniy kristallida 100% tugunlar orasida joylashadi. Ammo juda ko‘p kirishma atomlari bir vaqtning o’zida ham tugunlarda ham tugunlar orasida joylashishi mumkin. Masalan, Си, Fe, Mn, M-atomlari kremniyda shunday holatlarda boMadi. Kirishma atomlarning diffuziya koeffsiyenti bilan, ulami eruvchanligi o‘rtasida ma’lum bogManish bor, ya’ni diffuziya koeffsiyenti qancha katta boMsa, ulaming eruvchanligi shuncha kam boMadi. Diffuziya yoMi bilan kiritilgan atomlarning hammasi ham elektrofaol boMmaydi, ya’ni ta’qiqlangan sohada biror energetic sath hosil qilib, qo‘shimcha elektron yoki kovak hosil qilmaydi. Bunday xususiyatga ko’proq diffuziya koeffsiyenti katta boMgan va asosan tugunlar orasida joylashgan kirishma atomlari ega boMadi. Masalan, nikel kirishma atomlarining T=1250°C da eruvchanligi N=(4+5)10n sm' 3 ga teng, ulardan faqat 4 1 0 14 sm‘ 3 gina elektrfaol atom hisobida ikkita akseptor energetik sathini hosil qiladi. Kiritilgan atomlarning asosiy qismi 99.9% i elektroneytral holatda qolib, har xil nuqsoniar bilan birikmalar hosil qiladi. Shunday xususiyatga Fe, Mn, Co, Cd.... va boshqa elementlar ham egadir. Kirishma atomlarning eruvchanligiga ta’sir etadigan yana bir kattalik bu ulaming segregatsiya koeffsiyenti - к hisoblanadi. Bu kattalik kirishma atomlarining yarim o‘tkazgich materiallarida ulaming erigan (Ny) (suyuq) va qattiq jism (Ns) azot holatlarini ya’ni fazaviy muvozanat holatidagi konsentratsiyalaming nisbatiga tengdir. к = ^ 2 ££& (2 .6 ). Nsvyuq к — kirishma atomlar tabiatiga bogMiq boMib, u qancha katta boMsa, ya’ni Iga yaqinlashsa, uning eruvchanligi shuncha katta boMadi. Quyida kremniy kristallida ba’zi kirishma atomlarning eruvchanligi va segregasiya koeffsiyentining qiymatlari keltirilgan: 2.2- jadval. Kremniyda kirishmalaming eruvchanlik va segregasiykoeffisiyenti.
Shuni ta’kidlash lozimki, ba’zi kirishma atomlaming eruvchanligi hamma vaqt ham (2.6) ifoda bilan aniqlanmaydi. Ulaming eng katta eruvchanligi ma’lum haroratgacha o‘sib borib keyin kamayadi. Masalan, Cu atomlarini kremniyda eng katta eruvchanligi T=875°C da N =41016 sm' 3 ga teng bo‘lib, keyin harorat oshishi bilan kamayadi.