05В011000 «Физика» мамандығы бойынша оқитын 3 курс студенттеріне арналған

Мысал ретінде кремнийдің индиймен қоспасын қарастырайық (21-сурет). Индий үш валентті, демек, бұл — кремнийдің көршілес төрт атомымен байланыстарының бірі үзілді деген сөз, оған электрон жетіспейді, олай болса мұнда кемтік пайда болды. Ал мышьяктің электрондарына қарағанда, индийдің валенттік электрондарының энергиясы аз болғандықтан да, олар кремнийдің валенттік зонасына жақын орналасады. Шала өткізгіштің кристалдық решеткасында қоспалы атомдар бір-бірінен алые орналаскан, тіпті олар өз ара әсер етпейді деуге болады, сондықтан да қоспалар атомдарының энергетикалық деңгейлері ыдырамайды.

45. Қоспаның тіпті өте аз мөлшері шала өткізгіштің электрлік қасиеттерін күшті езгертеді. Мысалы, егер германийдің әрбір миллион атомына тек қана бір атом қоспа кіргізсек, онда оның өткізгіштігі мың есе артады.

46. Электронды-кемтікті ауысу деп өткізгіштігі әр типтес екі шала өткізгіштің тиісу шекарасындағы аймақты айтады. п және р типті шала өткізгіштер бір кристалдың өзінде қоспалардың көмегімен жасалады. Бұл шала өткізгіштердің тиіскен шекарасы арқылы кристалдың п аймағынанр аймағына электрондар, ал кері бағытта кемтіктер етеді (диффундирлейді). Кемтікті шала өткізгіште, электр зарядтарын негізгі тасушылар — кемтіктерден басқа қосалқы (негізгі емес) тасушылар — п және р аймақтарының бөліну шекарасьшда — электрондар пайда болады; электронды шала еткізгіште негізгі тасушылар — электрондардан басқа, шекаралас қабатта қосалқы тасушылар — кемтіктер пайда болады (22-сурет).

п және р шала өткізгіштердің бөліну шекарасында рекомбинация: кемтіктерді электрондардың толтыруы жүріп жатады. Осының салдарынан шала өткізгіштердің шекаралас кабатында негізгі тасушылардың концентрациясы азаяды, ал қабаттардың кедергісі артады. Кедергінің арту аймағы жаппалы қабат деп аталады. Оның қалыңдығы ете аз: 10~5—10^6 м шамасында.

Шекаралас қабаттар арасында қосалқы заряд та-сушылар потенциалдардың контактлік айырымын және соған сәйкес электр өрісін түғызалы (22-суретте осы өрісті Ео кескінделген). Ео өрісі заряд тасушылардың электронды-кемтікті ауысуы арқылы орың ауыстыруына бөгет жасайтын кернеүлік векторы.

Егер электронды шала еткізгіштің потенциалын ноль деп алсақ, онда жаппалы қабаттағы потенциалдардың бөліну графигі 22-суретте көрсетілген қисықпен кескінделеді. Одан көргеніміздей, потенциалдардың контактілік айырымы потенциалдық барьер туғызады.

Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар бір шекаралас қабаттан екіншіге жөнкіп көшеді. Сондықтан электронды-кемтікті ауысу динамикалық тепе-теңдік күйде болады, яғни әрбір уақыт бірлігі ішінде п және р шала еткізгіштердің беліну шекарасы арқылы қарама-қарсы бағытқа белгілі бір мөлшерде негізгі заряд тасушылар диффузияланады және сондай мөлшерде қарсы бағытқа қосалқы заряд тасушылар жөңкиді.

47. Сыртқы ток көзін қосқанда, 23д-суретте көрсетілгендей, сыртқы электр өрісі бағыт жағынан ішкімен бағыттас болады да, потенциалдық барьердің шамасы артады. Сыртқы өрістің әсерінен шала өткізгіштердің шекаралас аймағынан негізгі заряд тасушылар қашықтайды да, жаппалы қабат қалыңдайды, сөйтіп, оның кедергісі артады. Тізбектен тек аздаған кері ток жүреді (Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар қозғалады).

Егер ток көзінің полярлылығын өзгертетін болсақ (23,6-сурет), онда сыртқы epic Eo өрісіне қарсы бағытталады да, потенциалдық барьер төмендейді, ал жаппалы қабат жұқарады, яғни оның ені кемиді, сөйтіп, тізбектен айтарлықтай ток жүреді (былайша айтқанда, бұл р — п ауысудың тура немесе өткізуші бағыты болады).

Сөйтіп, электронды-кемтікті ауысу іс жүзінде бір бағытты өткізгіштік қасиетке ие. Оның бұл қасиеті шала өткізгіштікте қолданылады. р типтес шала өткізгіш анод, ал п типтесі катод болады.

Токты кері өзгертіп қосқанда, ток ең алдымен тез өседі (23,а-сурет), өйткені бүл кезде заряд тасушылардың диффузиясы кенет төмендейді. Потенциалдық барьер өсетін болғандықтан, кернеу ондаған вольт артқанда ток не бары ондаған микроамперге артады. Одан әрі ток шамалы ғана өседі. Кернеудің қайсыбір мәнінде электронды-кемтікті ауысуды электрлік тесіп өту пайда болады, бұл кезде кері ток күрт еседі, ал жаппалы қабаттың кедергісі де кенет төмендейді. Электронды-кемтікті ауысу характеристикасының түзу сызықты еместігі оның Ом заңына бағынбайтындығын көрсетеді. Электрлік тесіп өтудің туннельдік түрі бір назар аударарлық жай, өйткені мұндай тесіп етуде, электрон қабатты өз энергиясын өзгертпей тесіп өтеді.