8-дәріс. Кванттық механиканың негізгі түсініктері
-дәріс. Жартылай өткізгіштер
жүктеу/скачать 426.27 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Жартылай өткізгіштердің құрылымы. Энергетикалық деңгейлер. Валенттік аймақ және өткізгіш аймақ
12-дәріс. Жартылай өткізгіштерДәрістің мақсаты: жартылай өткізгіштердің құрылымын, деңгей бойынша электрондардың таралуын оқып үйрену; энергетикалық деңгейлер түрін және p-n ауысудың әрекет принципін қарастыру. Жартылай өткізгіштердің құрылымы. Энергетикалық деңгейлер. Валенттік аймақ және өткізгіш аймақЕкі өткізгішті бір-біріне түйістірген кезде жылулық қозғалыстың әсерінен электрондар бір өткізгіштен басқа өткізгішке өтеді. Егер түйісетін өткізгіштер әртүрлі материалды болып келсе немесе олардың әртүрлі нүктелеріндегі температуралары бірдей болмаса, онда электрондар диффузиясының екі жақты ағындары бірдей болмайды, осының нәтижесінде бір өткізгіш оң, ал екіншісі – теріс зарядталып қалады. Сондықтан өткізгіштің ішінде және өткізгіштер арасындағы сыртқы кеңістікте электр өрісі пайда болады. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігін зоналық теория негізінде тек кванттық механика жан-жақты түсіндіріп бере алады. Ең басты мәселелерге ғана тоқталамыз: Егер жартылай өткізгіштің температурасы абсолют нөлге жақындаса, онда кристалдағы барлық байланыстар бұзылмайды, сондықтан жартылай өткізгіш диэлектрикке айналады. Температура жоғарылағанда немесе сыртқы әсердің себебінен кейбір байланыстар бұзылып, кристалл ішінде электр өрісінде қозғала алатын «еркін» электрондар пайда болады. Электроны кетіп, байланыстың үзілген орны «кемтік» деп аталады, оның заряды оң, сондықтан кемтіктер де электр өрісінде қозғала алады. Кристалдағы атомдардың энергетикалық деңгейлерінің жіктелінуі 5.1 суретте көрсетілген. Паули принципі бойынша электрондар рұқсат етілген энергетикалық аймақтардың ең төменгі деңгейінен бастап, әртүрлі күйлеріне таралып орналасады. Сонымен, кристалдарда электрондардың энергетикалық спектрі аймақтық құрылымға ие болады. Аймақтар ені кристалдың өлшеміне тәуелсіз. Кристалдағы атомдар саны неғүрлым көп болса, аймақтағы деңгейлер соғұрлым жиірек орналасады. Рұқсат етілген аймақ ені бірнеше электрон- вольтқа тең. Егер кристалдағы атомдар саны 1023 болса, аймақтағы деңгейлер спиндері қарама-қарсы екі электрон бола алады. сурет Атомдардың белгілі бір қасиеттеріне байланысты рұқсат етілген аймақ арасында ені ΔW болатын тыйым салынған аймақ болады немесе көршілес аймақтар қабаттасып кетеді (5.2 сурет). Атомдардың валенттік электрондары рұқсат етілген аймақтардың бірінде толығымен немесе жартылай толып орналасуы мүмкін. Бұл аймақ валенттік аймақ деп аталады. Одан жоғары бос аймақтар орналасқан. сурет Кристалдардың өткізгіштігі ондағы электрондардың энергетикалық электрондармен толуына байланысты. Осы қасиеттер арқылы кристалдардың металл, диэлектрик немесе жартылай өткізгішке жататынын анықтауға болады. Толтырылған және жартылай толтырылған аймақтардағы электрондардың қасиеттері әртүрлі. Егер аймақ электрондармен жартылай толтырылған болса, әлсіз электр өрісінің өзі осы аймақ ішіндегі электрондарды бос күйлерге өткізе алады. Электрондар қозғалысының орташа жылдамдығы нөлден өзгеше болып, кристалда электр тогы пайда болады. Сондықтан кез келген жартылай толтырылған аймақ өткізгіштік аймақ болып табылады. Егер Т=0 К кезінде валенттік аймақ толық толтырылған болса, кристалл оқшаулағыш немесе жартылай өткізгіш болып табылады. Мұндай кристалды қыздырғанда жылулық ауытқу әсерінен валенттік аймақтағы электрондардың қандай да бір бөлігі көршілес бос аймаққа өтіп кетеді. Нәтижесінде екі аймақ та өткізгіштік аймаққа айналады. Егер тыйым салынған аймақтың ені W бірнеше электрон-вольт болса, онда мұндай электрондар саны өте аз болады. Сондықтан тыйым салынған аймақтың ені үлкен болатын кристалдар диэлектриктер деп аталады. Егер кристалдағы тыйым салынған аймақтық ені W 1 эВ болса, онда ол T 0 температурада жартылай өткізгіш болып табылады. жүктеу/скачать 426.27 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|