5 -mfvzuyarim o’tkazgichli asboblar yarim o’tkazgich asboblar hosil qilishning fizik asoslari

4,2- rasm. Energetik zonalar: a – o’tkazgichlarniki; b – yarim-o’tkazgichlarniki; v – dielektriklarniki (1 – o’tkazuvchanlik zona; 2- valent zona; 3 – taqiqlangan zona).
Valent zonasidan elektron chiqib ketganda, unda “teshik” deb ataluvchi bo’sh (vakant) o’rin hosil bo’ladi (4.3- rasm ). Erkin elektron boshqa zarrachalar bilan to’qnashganda, o’z energiyasining bir qismini sarflaydi va bu energiya sathida yana kovalent bog’lanishga kirishadi. Bu hodisaga rekombinatsiya jarayoni deyiladi.
Elektron-teshik juftlarining hosil bo’lish jarayoni, parallel ravishda o’tadi va issiqlik muvozanatida erkin elektronlarning soni o’rta hisobda o’zgarmas saqlanadi. Atom bilan bog’langan elektronning energiyasi sathdan ortiqroq bo’lsa, valent zonasida­gi vakant (bo’sh) sathga o’tishi va zaryad tashuvchi bo’lishi mumkin.

a) b)
4.3 rasm.Elektron – teshik juftlarining hosil bo’lishi:a–germaniyda, b–energetik diagramma: 1-o’tkazuvchanlik zona, 2–taqiqlangan zona, 3–valent dona, 4–elektron-teshik juftlarining hosil bo’lishi.
Sof yarim-o’tkazgichlarda zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasi, ya’ni erkin elektron va teshiklar soni bir santimert kubda 10¹⁷ ta bo’lib, solishtirma elektr qarshiligi 0,65 Omm (germaniy) dan 10 Omm (selen) gacha bo’ladi. Yarim o’tkazgichdagi jarayonlarni modellashtirish qulay bo’­lishi uchunbog’langan elektronlar harakati o’rniga zaryad va massalari elektronlarnikiga teng, lekin ishorasi qarama-qarshi bo’lgan kvazzizarracha-teshiklar harakati tekshiriladi. Ularning harakat yo’nalishi elektronlar harakati yo’nalishiga teskari olinadi. Zaryad tashuvchilar - elektron va teshiklar harakati umumiy holda, ikkita komponentdan tashkil topadi: kontsentratsiyasi kam bo’lgan yo’nalishida vujudga kelayotgan tartibsiz harakat - diffuziya va tashqi elektr maydon ta’siridagi harakat-dreyfdan iborat. Sof yarimo’tkazgich ishtirokida ko’rib o’tilgan holat unga juda oz miqdorda (10^-4-10^-6 %) aralashma qo’shilishi tufayli keskin o’zgarib ketadi. Masalan, germaniy kristall panjarasida besh valentli mish’yak atomi (4.4 a-rasm) aralashmasi bo’lsa, uning to’rtta valent bog’langan elektronlari germaniy atomlari bilan kovalent bog’lanish o’rnatishda ishtirok etadi, beshinchi elektron esa “o’zining” atomi bilan o’zaro ta’sirlashadi. Bu beshinchi elektron atom bilan kristall panjarada mustahkam aloqada bo’lmay, erkin elektron bo’lib qoladi. Aralashmaning beshinchi “ortiqcha” elektroni tashqi ta’sir natijasida “o’zi­ning” atomi ta’siridan chiqib ketadi va zaryad tashuvchilarning dreyf oqimini hosil qilishi yoki erkin harakatlanishi mumkin. Boshqacha aytganda, yarim o’tkazgichlarda aralashmalarning bo’lishi, legirlangan yarim o’tkazgich elektr qarshiligining keskin kamayishiga (germaniy uchun 10^-4 Ommm va kremniy uchun 0,5 Ommm) va ko’p miqdorda erkin elektronlar hosil bo’lishiga olib keladi. Erkin elektronlar harakati bilan yuzaga kelgan o’tkazuvchanlikni n-turli elektron o’tkazuvchanlik, materialning o’zini esa n-turli yarimo’tkazgich deb ataladi (n - lotincha negativ - manfiy so’zidan olingan). Yarim o’tkazgichdagi elektron o’tkazuvchanlikni hosil qiluvchi aralashmalar donorlar deyiladi. Donor aralashmali valent elektronlarning energetik sathlari (o’tkazuvchanlik zonasi) yarimo’tkazgichning taqiqlangan zonasidan yuqoriroqda joylashgan bo’ladi. Bunday bo’lishi materiallarda donor sathlarini hosil qiladi. (rasm 4.4 b-rasm).