Электроника

5 
1 Шалаөткізгіш құрылғылар 
 
1.1 Шалаөткізгіштердің электр өткізгіштігі 
Қатты денелі заттардың маңызды қасиеттері болып олардың электр 
өткізгіштігі болып табылады. Электрөткізгіштік бос электрондардың 
қозғалысымен анықталады. Мұндай электрондар атомдар арасында қозғалады 
және басқа электрондармен, ядролармен және электр өрістерімен әрекеттесе 
алады. Электр өткізгіштігі бойынша барлық қатты денелі заттар шартты түрде 
өткізгіштер, шалаөткізгіштер және диэлектриктер болып үшке топқа бөлінеді. 
Шалаөткізгіштер дегеніміз белгілі бір электр өткізгіштігі бойынша 
өткізгіштер мен диэлектриктер арасында орташа орын алатын заттар. 
Температурасы T = 300 K (t = 27 
0
C) кезінде өткізгіштердің нақты меншікті 
өткізгіштігі 104 – 106 См/см болып келеді, ал диэлектрик үшін меншікті 
өткізгіштігі 10 -10 см/см - нен аз, ал шалаөткізгіштерде оның мәні 10 - нан 104 
См/см-ге дейін болады. Заттардың көпшілігі дәл осы шалаөткізгіштерге жатады. 
Таза шалаөткізгіш элементтері болып көміртегі (С), германий (Ge) және 
кремний (Si), сондай-ақ III гр элементтерінің химиялық қосылыстары болып 
табылады. V топ элементтері бар периодтық жүйе, мысалы, GaAs, GaP, InAs, 
CdTe және т.б. мысалы, кремний кристалын қарастырамыз. 
Кремний төрт валентті элемент. Бұл атомның сыртқы қабығында ядромен 
салыстырмалы түрде әлсіз байланысқан төрт электрон бар екенін білдіреді. Әр 
кремний атомының ең жақын көршілерінің саны төртке тең. Көршілес атомдар 
жұбының өзара әрекеттесуі 
коваленттік байланыс
деп аталатын жұп-
электронды байланыс арқылы жүзеге асырылады. Әр атомнан осы байланыстың 
пайда болуына бір валентті электрон қатысады, олар атомдардан бөлініп шығады 
(кристалмен ұжымдастырылады) және олардың қозғалысы кезінде көп уақытын 
көрші атомдар арасындағы кеңістікте өткізеді. Олардың теріс заряды оң кремний 
иондарын бір-біріне жақын ұстайды. Әр атом көрші атомдармен төрт байланыс 
түзеді және кез келген валенттік электрон олардың бірінде қозғала алады. Көрші 
атомға жеткенде, ол келесіге, содан кейін бүкіл кристалл бойымен жүре алады. 
Валенттілік электрондары бүкіл кристалға жатады. Кремнийдің жұптасқан 
электронды байланыстары өте берік және төмен температурада үзілмейді. 
Сондықтан кремний төмен температурада электр тогын өткізбейді. Абсолютті 
нөл температурасында қоспалары жоқ шалаөткізгіш 
диэлектрик
болып 
табылады. Байланысқа қатысатын валенттілік электрондары кристалл торына 
мықтап байланған, ал сыртқы электр өрісі олардың қозғалысына айтарлықтай 
әсер етпейді. 
Кремний қызған кезде бөлшектердің кинетикалық энергиясы көтеріліп, 
жеке байланыстардың үзілуі орын алады. Кейбір электрондар өз орбиталарын 
тастап, металдағы электрондар сияқты бос болады. Электр өрісінде олар электр 
тогын қалыптастыру үшін тор - торлары арасында қозғалады. Бос 
электрондардың болуына байланысты шалаөткізгіштердің өткізгіштігі 

6 
электронды өткізгіштік
деп аталады. Температураның жоғарылауымен 
бұзылған байланыстардың саны артады, яғни бос электрондар да артады. 
Байланыс үзілген кезде электрон жетіспейтін бос орын пайда болады. Оны 
тесік
деп атайды. Кемтікте қалған қалыпты байланыстармен салыстырғанда 
артық оң заряд бар. Кемтік ылғида кристалда өзгерісте болып табылады. Келесі 
процесс үздіксіз жүреді. Атомдардың байланысын қамтамасыз ететін 
электрондардың бірі пайда болған кемтіктердің орнына секіреді және мұнда 
жұп-электронды байланысты қалпына келтіреді, ал бұл электрон секірген 
жерден жаңа кемтік пайда болады. Осылайша, кемтік бүкіл кристалда жүре 
алады. Егер үлгідегі электр өрісінің күші нөлге тең болса, онда оң зарядтардың 
қозғалысына тең кемтікердің қозғалысы кездейсоқ жүреді, сондықтан электр 
тогын жасамайды. Электр өрісі болған кезде кемтіктердің реттелген қозғалысы 
пайда болады, осылайша кемтіктердің қозғалуымен байланысты электр тогы бос 
электрондардың электр тогына қосылады. Кемтіктердің қозғалыс бағыты 
электрондардың қозғалыс бағытына қарама-қарсы. 
Қоспалар болған кезде, мысалы, мышьяк атомдары, тіпті олардың 
концентрациясы өте төмен болса да, бос электрондардың саны бірнеше есе 
артады. Бұл келесі себеппен болады. Мышьяк атомдарында бес валентті 
электрон бар, олардың төртеуі берілген атомның басқалармен, мысалы, кремний 
атомдарымен коваленттік байланыс құруға қатысады. Бесінші валенттік 
электрон атоммен әлсіз байланысқан. Ол мышьяк атомын оңай тастап, еркін 
болады. Бос электрондардың концентрациясы едәуір артады және таза жартылай 
өткізгіштегі бос электрондардың концентрациясынан мың есе көп болады. 
Электрондарды оңай шығаратын қоспалар 

жүктеу/скачать 2,72 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: