Жартылай өткізгіштегі электр өткізгіз процесстері

ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТЕГІ ЭЛЕКТР ӨТКІЗГІШ ПРОЦЕССТЕРІ

Электр тогын өткізуге немесе өткізбеуге қабілетті заттар тек қана өткізгіштер мен диэлектриктерге бөлу арқылы ғана шектелмейді. Сондай-ақ, жартылай өткізгіштер де бар: кремний, селен, германий және басқа да минералдар мен қорытпалар, жеке топқа бөлуге лайық.

Бұл заттар диэлектриктерге қарағанда электр тоғын жақсы өткізеді, бірақ металдарға қарағанда нашар, ал олардың өткізгіштігі жоғары температурада немесе жарықпен жоғарылайды. Жартылай өткізгіштердің бұл ерекшелігі жарық пен температура датчиктерінде қолдануға мүмкіндік береді, бірақ олардың негізгі қолданысы электроника болып табылады.

[pic 1]

Мысал ретінде, кремний кристалын қарасақ, кремнийдің 4 валенты бар екенін байқауға болады, яғни атомның сыртқы қабығында 4 электрон бар, ол кристалдардағы төрт көршілес кремний атомымен байланысқан. Егер мұндай кристалла жылу немесе жарық арқылы әрекет етсе, онда валентті электрондар электр энергиясын көбейтеді және олардың атомдарын қалдырады, еркін электрондарға айналады - металдардағы, яғни өткізгіштігінің шарты пайда болған жағдайда, электронды газ жартылай өткізгіште пайда болады.

Бірақ металдардан айырмашылығы, жартылай өткізгіштер электронды және тесік өткізгіштігі бойынша ерекшеленеді. Неге бұл болып жатыр және бұл не? Валенттілігі электрондары өз орындарын тастағанда, теріс зарядтың жоқтығы бар жерлер - қазірдің өзінде артық позитивті заряды бар «тесіктер» бұл бұрынғы орындарда қалыптасады.

Көрші электрон қалыптасқан «тесікке» оңай секіреді және бұл тесік электронға толтырылғаннан кейін, секірудің электрон орнында қайтадан тесік пайда болады.

Яғни, тесік - жартылай өткізгішті оң зарядталған қозғалатын аймақ. Ал EMF көзі бар тізбектегі жартылай өткізгішті қосқанда, электрондар көздің оң терминалына, ал тесіктерге теріс әсер етеді. Жартылайөткізгіштің өз өткізгіштігі осылай жүзеге асырылады.

Өткізгіштерде электронды өтпесі жоқ жартылай өткізгіштегі тесіктердің және электрондардың қозғалысы хаотикалық болады. Егер сыртқы электр өрісі кристалдарға қолданылса, оның ішіндегі электрондар өрісіне қарай жылжиды және тесіктер өріс бойымен қозғалады, яғни жартылай өткізгіште тек электрондар ғана емес, тесіктер де пайда болатын ішкі өткізгіштігінің феномені болады.

[pic 2]

Жартылай өткізгіште өткізгіштік әрқашан сыртқы факторлардың әсерінен ғана пайда болады: фотонды сәулеленуіне, температурадан, электр өрісі қолданылғанда және т.б.

Жартылай өткізгіштегі Ферми деңгейі тыйым салынған жолақтың ортасына түседі. Жоғарғы валенттіліктен электронды төменгі өткізгіштік ауқымына ауыстыру үшін активтендіру энергиясы қажет, бұл диапазондағы бос орынның deltaE (суретті қараңыз). Электронды өткізгіш жолақта пайда болғаннан кейін, валенттің диапазонында бірден тесік пайда болады. Осылайша, шығыс энергиясы жұп ағымдық тасымалдаушылар пайда болған кезде бірдей бөлінеді.

Энергияның жартысы (тыйым салынған аймақтың жартысына сәйкес келеді) электронды берілуге, ал жартысы - тесігі қалыптастыруға жұмсалады, нәтижесінде шыққан жер тыйым салынған аймақтың ортасына сәйкес келеді. Жартылай өткізгіштегі Ферми энергиясы - бұл электрондар мен тесіктердің қозғалуы. Ферма деңгейінің тыйым салынған аймақтың ортасында жартылай өткізгішке орналасқаны туралы мәлімдеме математикалық есептеулермен расталады, бірақ біз мұнда математикалық есептерді жоққа шығарамыз.

Сыртқы факторлардың әсерінен, мысалы, температура жоғарылағанда, жартылайөткізгіштің кристалдық торының термиялық тербелісі кейбір валенттік байланыстардың бұзылуына әкеледі, нәтижесінде электрондардың бір бөлігі айналады, босатылады.