Yarimo‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi

Yarimoʻtkazgichlarning oʻtkazuvchanligi — yarimoʻtkazgichda donor yoki qabul qiluvchi aralashmalar mavjudligi sababli elektr oʻtkazuvchanligi.

Nopoklik oʻtkazuvchanligi, qoida tariqasida, oʻzidan ancha yuqori va shuning uchun yarimoʻtkazgichlarning elektr xususiyatlari unga kiritilgan dopantlarning turi va miqdori bilan belgilanadi.

Yarimoʻtkazgichlarning ichki oʻtkazuvchanligi odatda past boʻladi, chunki erkin elektronlar soni, masalan, xona haroratida germaniyda 3·10¹³/sm³ ga teng. Shu bilan birga, 1 sm³ dagi germaniy atomlarining soni ~10²³ ni tashkil qiladi. Yarimoʻtkazgichlarning oʻtkazuvchanligi, ichki oʻtkazuvchanlik bilan birga, qoʻshimcha nopoklik oʻtkazuvchanligi paydo boʻlganda, aralashmalarning kiritilishi bilan ortadi.

Nopoklik markazlari quyidagilar boʻlishi mumkin:

1. yarimoʻtkazgichli panjara ichiga oʻrnatilgan kimyoviy elementlarning atomlari yoki ionlari;
2. ortiqcha atomlar yoki ionlar panjara oraliqlarida koʻmilgan;
3. kristall panjaradagi boshqa turli nuqsonlar va buzilishlar: boʻsh tugunlar, yoriqlar, kristall deformatsiyalari paytida yuzaga keladigan siljishlar va boshqalar.

Nopokliklar kontsentratsiyasini oʻzgartirish orqali u yoki bu belgining zaryad tashuvchilari sonini sezilarli darajada oshirish va salbiy yoki musbat zaryadlangan tashuvchilarning ustun konsentratsiyasi boʻlgan yarimoʻtkazgichlarni yaratish mumkin.

Nopoklarni donor (donor) va qabul qiluvchi (qabul qiluvchi) ga boʻlish mumkin.

Kristalga, masalan, kremniyga kiritilgan mishyak As⁵⁺ donor besh valentli nopokligi bilan yarimoʻtkazgichning elektr oʻtkazuvchanligi mexanizmini koʻrib chiqaylik. Besh valentli mishyak atomi kovalent bogʻlanish hosil qilish uchun toʻrtta valentlik elektronini beradi va beshinchi elektron bu bogʻlarda boʻsh qoladi.

Kremniydagi mishyakning beshinchi valentlik elektronining ajralish energiyasi (ionlanish energiyasi) 0,05 eV = 0,08 10 ⁻¹⁹ J ni tashkil qiladi, bu elektronning kremniy atomidan ajralish energiyasidan 20 marta kam. Shuning uchun xona haroratida deyarli barcha mishyak atomlari elektronlaridan birini yoʻqotib, ijobiy ionlarga aylanadi. Musbat mishyak ionlari qoʻshni atomlarning elektronlarini ushlay olmaydi, chunki ularning toʻrtta aloqasi allaqachon elektronlar bilan jihozlangan. Bunda elektron vakansiyaning siljishi — „teshik“ sodir boʻlmaydi va teshikning oʻtkazuvchanligi juda kichik, yaʼni amalda yoʻq. Yarimoʻtkazgichning oʻz atomlarining kichik bir qismi ionlanadi va oqimning bir qismi teshiklar orqali hosil boʻladi, yaʼni donor aralashmalari teng miqdordagi harakatchan teshiklar koʻrinmasdan oʻtkazuvchanlik elektronlarini etkazib beradigan aralashmalardir. Oxir-oqibat, biz asosan elektron oʻtkazuvchanlikka ega boʻlgan n-tipli yarimoʻtkazgich deb ataladigan yarimoʻtkazgichni olamiz.

Akseptor nopokligida, masalan, uch valentli indiy ³⁺ da nopoklik atomi faqat uchta qoʻshni kremniy atomlari bilan kovalent bogʻlanish uchun oʻzining uchta elektronini berishi mumkin va bitta elektron „etishmaydi“. Qoʻshni kremniy atomlarining elektronlaridan biri bu bogʻni toʻldirishi mumkin, keyin In atomi harakatsiz manfiy ionga aylanadi va kremniy atomlaridan birini qoldirgan elektron oʻrnida teshik hosil boʻladi. Elektronlarni ushlab turadigan va shu bilan mobil teshiklarni yaratadigan qabul qiluvchi aralashmalar oʻtkazuvchan elektronlar sonini koʻpaytirmaydi. Akseptor nopokligi boʻlgan yarimoʻtkazgichdagi koʻpchilik zaryad tashuvchilar teshiklar, ozchilik tashuvchilar esa elektronlardir.

Teshiklarning kontsentratsiyasi oʻtkazuvchanlik elektronlarining kontsentratsiyasidan oshadigan yarimoʻtkazgichlar deyiladi p tipidagi yarimoʻtkazgichlar.

Shuni taʼkidlash kerakki, yarim oʻtkazgichlarga aralashmalarning kiritilishi, har qanday metallarda boʻlgani kabi, kristall panjaraning tuzilishini buzadi va elektronlarning harakatiga toʻsqinlik qiladi. Biroq, zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasini oshirish qarshilikni sezilarli darajada kamaytirishi sababli qarshilik kuchaymaydi. Shunday qilib, yuz ming kremniy atomiga 1 atom miqdorida bor aralashmaning kiritilishi kremniyning elektr qarshiligini taxminan ming marta kamaytiradi va 10⁸ −10⁹ germaniy atomiga bitta indiy atomining qoʻshilishi elektr qarshiligini pasaytiradi. germaniy millionlab marta.

Yarimoʻtkazgichli qurilmalarda aralashmalarni kiritish orqali qarshilikni boshqarish qobiliyati qoʻllanadi.

Teshik oʻtkazuvchanligi yarimoʻtkazgichlarning eksklyuziv xususiyati emas. Baʼzi metallar va ularning qotishmalari yigʻindisi boʻlmagan valent elektronlarning maʼlum bir qismining siljishi tufayli aralash elektron-teshik oʻtkazuvchanligiga ega. Masalan, sink, berilliy, kadmiy, mis-qalay qotishmalarida elektr tokining teshik komponenti elektrondan ustun turadi.

Agar yarim oʻtkazgichga donor va qabul qiluvchi aralashmalar bir vaqtning oʻzida kiritilsa, u holda oʻtkazuvchanlikning tabiati (n- yoki p-tipi) oqim tashuvchilari — elektronlar yoki teshiklarning yuqori konsentratsiyasi boʻlgan nopoklik bilan belgilanadi.

Manbalar

• Aksenovich L. A. Fizika v sredney shkole: Teoriya. Zadaniya. Testi: Ucheb. posobie dlya uchrejdeniy, obespechivayuщix poluchenie obщ. sred, obrazovaniya / L. A. Aksenovich, * N. N. Rakina, K. S. Farino; Pod red. K. S. Farino. — Mn.: Adukatsiya i vixavanne, 2004. — C. 302—303