Электр өткізшгіштік

Жартылай өткізгіштердің абсолютті нөлдік температурада (0К) өткізгіштігі жоқ деп айта аламыз, өйткені бұл температурада жартылай өткізгіштерде бос электрондар, яғни өткізгіш электрондар болмайды. Осылайша, жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі металдарға қарағанда аз және диэлектриктерге қарағанда көп.

Жартылай өткізгіштер тобына элементтер мен оксидтер, сульфидтер, сондай-ақ Менделеев ашқан элементтер тобындағы (IV, V, VI) олардың қорытпалары – Ge, Si, As, P, Se жатады.

Жартылай өткізгіштің температурасы көтерілген сайын валенттік электрондар қосымша энергияға ие болады, олардың бір бөлігі атоммен байланысты үзіп, бос электрондарға айналады. Атомнан электрон алу үшін қажет энергия иондану энергиясы деп аталады.

Жартылай өткізгіштердегі өткізгіш электрондар металдың ішіндегі өткізгіш электрондарға ұқсас, яғни олар кеңістік торының атомдары мен иондары арасында еркін қозғала алады. Иондалған атомдар өздерінің кристалдық желілерімен тығыз байланысқандықтан, олар еркін қозғала алмайды.

Жартылай өткізгіште иондалған атомнан шығатын электрон босайды (бос орын қалады) және бұл орын басқа электронмен ауыстырылуы мүмкін. Сондықтан бұл алшақтық ақау деп аталады.

Егер көрші атом байланысқан электрондардың біреуін бос орынға апарса, кеңістік толтырылады, бірақ көрші атомда бос орын пайда болады. Осылайша, кемшілік жойылмаған немесе атомымен байланысқан электрондар санынан үздіксіз қозғалып, бірте-бірте бос орындарға жылжып, оларды толтыратын сияқты.

Сонымен, таза жартылай өткізгіште кемтіктердің саны әрқашан электрондар санына тең болады. (pe = po) олар электрондар сияқты кездейсоқ қозғалады.

Осылайша, валенттік аймақтан өткізгіштік зонаға өткен электрондар саны:

n = A e^{-∆Е/ ḱТ} ,

мұндағы А – температураға байланысты тұрақты шама, ∆Е – жолақ саңылауы,

яғни. ∆Е = E2 - E1.

Сонда жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі электрондар арқылы жүзеге асса, онда оны электронды өткізгіш немесе n-типті өткізгіш деп атайды.Керісінше, егер жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі ақаулар арқылы жүзеге асырылса, онда мұндай өткізгіштік кемтік өткізгіштік немесе р-типті өткізгіштік деп аталады.

Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі әдетте сыртқы әсерлер арқылы жүзеге асады. Мысалы, температураның жоғарылауы, сәулелену, күшті электр өрісінің пайда болуы және т.б. Сондықтан олардың өткізгіштігі үнемі қоздырылады.

Жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігі (b) температураға қарай тез өседі, ал керісінше олардың меншікті кедергісі (ρ) сәйкесінше төмендейді. Мысалы, кремнийдің кедергісі 20 ° C кезінде ρ = 6104 Ом см болса, 700 ° C температурада ол ρ = 0,1 Ом см болады.Осылайша, температураның жоғарылауымен өткізгіштіктің жоғарылауы жартылай өткізгіштерде тасымалдаушылардың пайда болуын тудырады.

Енді b ~ T тәуелділігін графикалық түрде көрсетуге болады. Мысалы, суретте ℓп b ~ 1 / T графигін салсақ. 1 суретb, жартылай өткізгіштер үшін түзу аламыз.

а) ә)

Осылайша, ∆E шектелген ауданның енін оның еңісінен анықтауға болады. Ал өткізгіштік шамасы мына формуламен анықталады: б=б₀е^-∆Е/ḱТ , мұндағы б_р – әртүрлі жартылай өткізгіштерге тән тұрақты шама.

Егер кемтіктер оң зарядталған бөлшектердің орын ауыстыру бағытымен қозғалса, онда кемтіктің оң зарядтың белгісі болып табылатын электрон зарядына тең абсолютті мәні бар деп есептеу керек.

Демек, жартылай өткізгіштің ішіндегі ток тек өткізгіш электрондардың қозғалысымен ғана емес, кемтіктердің қозғалысымен де жасалады. Сондықтан жартылай өткізгіштерде электронды және ақаулы өткізгіштер болады.

Электрондар мен кемтіктердің қозғалысы кезінде бос электрондар атом жүйесіндегі бос орындарды толтырып, оны бейтарап күйге қайтарады. Электрондар мен кемтіктердің ұқсас процесі

Бұл ионданудың кері процесі, өйткені ол электрондар мен кемтіктерді өткізеді.

Жартылай өткізгіштің ішінде бұл екі процесс бір-бірімен қабаттасады, ал егер температура өзгермесе, өткізгіштегі электрондар мен кемтіктердің тығыздығы өзгеріссіз қалады.

Қоспалар жартылай өткізгіштің қасиеттеріне және оның өткізгіштігіне үлкен әсер етеді. Өткізгіште әдетте әртүрлі қоспалар болады, бірақ жартылай өткізгіштің қасиеттерін анықтайтын біреуі бар.

Ферми деңгейі. Т температура кезінде электронның қандай электрондық

деңгейдеболатынын табу ықтималдылығы Ферми-Дирактың таралу функциясы:

exp 1

F (W )  <sup>1 ,

N</sup> W W

exp ^F 1