Шүйішбаева Нұргүл Найзабекқызы Жумабаева Шолпан Нурлановна Алтаева Гулсинай Сарсенбаевна Физика ІІ мамандығы: 5В070700 «Тау-кен ісі»
Дәріс № 21-22. Құрылымдық кристаллографияның элементтері
жүктеу/скачать 17,71 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Дәріс №23-24Металдардың электр өткізгіштігі.
- Дәріс № 25-26. Меншікті және қоспалы өткізгіштер.
| Дәріс № 21-22. Құрылымдық кристаллографияның элементтері.
Дәріс сабағының мазмұны: Конденсацияланған күй Кристалдық құрылымдарды зерттеу әдістері Кристалдық торлардың жылу сиымдылығы. Фонондық газ. Кристалдардың жылу өткізгіштігіндегі өлшемдік эффект. Дәріс сабағының қысқаша мазмұны: Кристалдар молекула аралық тартылыс күштері жоғары және өздерінің көлемі мен формасын сақтайтын заттар. Кристалдағы бөлшектер (атомдар, молекулалар, иондар) кристалдық тор құрап, ретпен орналасады. Кванттық теория бойынша молекулалар мен атомдардың тербеліс энергиясы мен молекулалардың айналмалы қозғалыс энергиялары тек қана дискретті мәндер қабылдауы керек. Егер жылулық қозғалыс энергиясы мен көршілес деңгейлер энергияларының айырмасынан көп кіші болса, онда молекулалар соқтығысқанда олардың айналмалы және тербелмелі қозғалыстарының еркіндік дәрежесі қозбапйды. Сондықтан төменгі температураларда екі атомды газ бір атомды газ сияқты болады. Қатты дененің жылулық қозуын кристалда тарайтын серпімді толқындар түрінде қарастыруға болады. Оларды фонондар деп атайды. Фонон – дыбыс толқындарының квант энергиясы.
Конденсацияланған күй Кристалдық құрылымдарды зерттеу әдістері Кристалдық торлардың жылу сиымдылығы. Фонондық газ. Кристалдардың жылу өткізгіштігіндегі өлшемдік эффект. Ұсынылатын әдебиеттер: Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977 Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970 Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973 Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877 Дәріс №23-24Металдардың электр өткізгіштігі. Дәріс сабағының мазмұны: Токты тасымалдаушы квазибөлшектер. Кристалдардағы энергетикалық зоналар. Төмен өлшемді жүйелер. Ферми деңгейі. Ферми беті. Зоналық теориядағы металдар, диэлектритер және жартылай өткізгіштер. Дәріс сабағының қысқаша мазмұны: Шредингер теңдеуін қолдана отырып кристал жайлы есепті, дәлірек айтқанда, оның энергиясының мүмкін болатын мәндерін, оларға сәйкес энергетикалық күйлерін анықтауға болады. Кванттық-механикалық жүйе ауыр және жеңіл бөлшектерге- ядро мен электрондарға бөлінеді. Бұл бөлшектердің массалары мен жылдамдықтарының айырмашылығы айтарлықтай үлкен болғандықтан, электрондар қозғалмайтын ядроның өрісінде, ал өте баяу қозғалатын ядроны барлық электрондардың орташаланған өрісінде қозғалады деп қарастыруға болады. Кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан ядролар қозғалмайды дей отырып, электрондар қозғалысы ядролардың тұрақты периодты өрісінде қарастырылады. Алғашқыда атомдар бір –бірінен макроскопиялық қашықтықтарда орналасқан жағдайда олардың энергетикалық деңгейлерінің сұлбалары бір-біріне дәл келеді. Моделімізді кристалдық торға дейін «қысқан» кезде, яғни атомдар аралығы қатты денелердің атомаралық қашықтықтарына тең болғанда, атомдар арасындағы өзарабайланыс олардың энергетикалық деңгейлерінің ығысуына, ажырауына және зоналарға жайылуына әкеледі, ол зоналық энергетикалық спектр делінеді. Кристалдардағы зоналық энергетикалық спектрлердің пайда болуы квантық-механикалық эффектіге жатады да анықталмаушылық қатынасының салдары болып табылады. Деңгейлердің ажырауы атом аралық қашықтықтың функциясы болатындықтан, тек сыртқы, ядромен әлсіз байланысқан валенттік электрондардың деңгейлері ғана ажырап жайылады. Бұл электрондар ең үлкен энергияға және атомның негізгі күйінде электрондар орналаспайтын жоғары деңгейлерге ие. Ал ішкі электрондардың деңгейлері тіптен ажырамайды, немесе өте әлсіз ажырайды. Сонымен, қатты денелерде ішкі электрондар оңашаланған атомдардағыдай, ал валенттік электрондар қатты денеге толықтай «тиісті» болады. Кристаллдағы ядромен әлсіз байланысқан валентті электрондар атомнан атомға осы атомдарды бөліп тұратын потенциальдық барьер арқылы толық энергиясын сақтай отырып қозғала береді (туннельдік эффект). Сыртқы электрондардың энергиялары тек белгілі мәндерге - рұқсат етілген энергетикалық зоналарға ие болады. Ал рұқсат етілген энергетикалық зоналар рұқсат етілмеген зоналар деп аталатын энергияның рұқсат етілмеген мәндер аймағымен бөлінеді. Бұл рұқсат етілмеген зоналарда электорндар орналаса алмайды. Зоналардың (рұқсат етілген және рұқсат етілмеген) ені кристаллдың мөлшеріне байланысты емес. Зоналардың ені валенттік электрондардың ядромен байланысы неғұрлым нашар болса, соғұрлым кең болады. Қатты денелердің зоналық теориясы денелердің металдарға, диэлектриктерге және жартылай өткізгіштерге бөлінетіндігін олардың электрлік қасиеттерінің айырмашылықтары арқылы, атап айтқанда, рұқсат етілген зоналардың электрондармен толтырылулары мен рұқсат етілмеген зоналардың ендерінің әртүрлілігімен түсіндірді. Зонадағы энергетикалық деңгейлердің электрондармен толтырылу дәрежесі сәйкес атомдық деңгейдің толтырылуымен түсіндіріледі. Мысалы, Атомның қандай да бір деңгейі Паули принципіне сәйкес толығымен электрондармен толтырылған болса, онда одан түзілген зона толығымен толтырылған болады. Жалпы жағдайда электрондармен толығымен толтырылған және еркін атомдардың ішкі электрондарының энергетикалық деңгейлерінен түзілген валенттік зона және немесе электрондармен жартылай толтырылған, немесе бос және оқшауланған атомдардағы сыртқы электрондардың энергетикалық деңгейлерінен түзілген өткізгіштік зона (бос зона) жайлы айтуға болады. Бақылау сұрақтары: Токты тасымалдаушы квазибөлшектер. Кристалдардағы энергетикалық зоналар. Төмен өлшемді жүйелер. Ферми деңгейі. Ферми беті. Зоналық теориядағы металдар, диэлектритер және жартылай өткізгіштер. Ұсынылатын әдебиеттер: Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977 Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970 Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973 Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877 Дәріс № 25-26. Меншікті және қоспалы өткізгіштер. Дәріс сабағының мазмұны: Кемтік өткізгіштер түсінігі. Меншікті және қоспалы өткізгіштер. Асқын өткізгіштік құбылысы. Ферромагнетиктердің қасиеттері туралы кванттық көзқарастар. Алмаса әсерлесу. Кюри температурасы. Ферромагнетиктердің магниттелінуі. Дәріс сабағының қысқаша мазмұны: Жартылай өткізгіш деп Т=0 температурада өткізгіштік зонамен өте жіңішке (  =1эВ шамасында) рұқсат етілмеген зонамен ажыратылған валенттік зонасы түгелдей электрондармен толтырылған қатты денені айтады. Табиғатта жартылайөткізгіштер элементтер (Si, Ge, As, Se, Te) және химиялық қоспалар (оксидтер, сульфидтер, селендер...) түрінде кездеседі. Оларды меншікті және қоспалық жартылай өткізгіштер деп бөледі. Меншікті өткізгіштерге химиялық таза жартылай өткізгіштер жатады, олардың өткізгіштігі меншікті өткізгіштік деп аталады. Т=0 температурада және басқа сыртқы факторлар болмаған жағдайда жартылайөткізгіштер диэлектриктерге айналады.
Кристалға электр өрісі түсірілсе электрондар өріске қарсы қозғалып электр тоғын тудырады. Нәтижесінде II зона өткізгіштік зонаға айналады. Меншікті өткізгіштердің электрондар арқылы пайда болған өткізгіштігі электрондық өткізгіштік немесе n - типті өткізгіштік деп аталады. Жылулық алмасулар нәтижесінде электрондар I зонадан II зонаға ауысатындықтан валенттік зонада бос күйлер пайда болады, оларды кемтіктер деп атайды. Сыртқы электр өрісінде электрондардан босаған орынға – кемтікке – келесі деңгейдегі электронның ауысып келуі мүмкін, ал электрон тастап кеткен жерде кемтік пайда болады, т.с.с. Осындай кемтіктерді электрондармен толтыру процесі кемтіктердің электрондардың қозғалысына қарсы бағытта орын ауыстыруымен бірдей. Бұл жағдай кемтіктердің заряды оң, шамасы электрондардың зарядына тең болғанда орындалады. Меншікті жартылай өткізгіштердің квазибөлшектер-кемтіктер нәтижесінде болатын өткізгіштігі кемтіктік өткізгіштік немесе p-типті өткізгіштік деп аталады. Сонымен меншікті жартылай өткізгіштерде өткізгіштіктің екі механизмі байқалады: электрондық және кемтіктік. Өткізгіштік зонадағы электрондардың саны валенттік зонадағы кемтіктер санына тең болады, сәйкес электорндар мен кемтіктердің концентрациялары да тең:  .
Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі әрқашанда қозған болады, себебі ол тек сыртқы факторлардың нәтижесінде пайда болады (температура, сәулелендіру, өте күшті элект өрісі, т.т.). Меншікті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі рұқсат етілмеген зонаның ортасында орналасады (1-сурет). 
а) б)
1- сурет Электронды валенттік зонаның жоғары деңгейінен өткізгіш зонаның төменгі деңгейіне ауыстыру үшін рұқсат етілмеген зонаның еніне тең активация энергиясы жұмсалады. Меншікті жартылай өткізгіштердегі Ферми энергиясы - электрондар мен кемтіктерды қоздыратын энергия
бұл формуладан шынында да меншікті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі рұқсат етілмеген зонаның ортасында орналасатындығы көрінеді. Меншікті жартылайөткізгіштердің үлесті өткізгіштігі мынадай: 
мұндағы  - берілген жартылайөткізгіш үшін тұрақты шама. Меншікті жартылайөткізгіштердің үлесті өткізгіштігі температура артқан сайын өсе түседі.
Бақылау сұрақтары: Кемтік өткізгіштер түсінігі. Меншікті және қоспалы өткізгіштер. Асқын өткізгіштік құбылысы. Ферромагнетиктердің қасиеттері туралы кванттық көзқарастар. Алмаса әсерлесу. Кюри температурасы. Ферромагнетиктердің магниттелінуі. Ұсынылатын әдебиеттер: Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977 Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970 Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973 Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877 жүктеу/скачать 17,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|