Yarimoʻtkazgichlarda zaryad tashuvchilar

Zaryad tashuvchilar — bu elektr zaryadini koʻtaruvchi va elektr tokining oqimini taʼminlashga qodir boʻlgan harakatlanuvchi zarralar yoki kvazi-zarralarning umumiy nomi.

Harakatlanuvchi zarrachalarga elektronlar, ionlar misol boʻla oladi. Kvazi-zarrachaga misol — zaryad tashuvchisi ion, boshqa zaryadlangan zarralar, masalan, pozitronlar.

Odatda „zaryad tashuvchilar“ atamasi qattiq jismlar fizikasi va yarimoʻtkazgichlar fizikasida qoʻllanadi.

Yarimoʻtkazgichlarda zaryad tashuvchilar

Yarimoʻtkazgichlarda zaryad tashuvchilar elektronlardir . Yarimoʻtkazgichlardagi oʻtkazuvchanlik jarayonlarini tavsiflash qulayligi uchun kvazizarra tushunchasi kiritilgan — teshik — zaryadi mutlaq qiymatda elektron zaryadiga teng boʻlgan musbat zaryadlangan zarracha. Aslida, teshik — bu yarimoʻtkazgichning kristall panjarasidagi erkin qoʻshni boʻsh joyga sakrab oʻtadigan elektron. Makroskopik jihatdan, teshiklar haqiqiy musbat zaryadlangan zarralar kabi harakat qiladi, xususan, Hall effektidagi EMF belgisi teshik yarimoʻtkazgichdagi musbat zaryadlangan zarrachalarning harakatini koʻrsatadi.

Elektronlar va teshiklar kontsentratsiyasining nisbatiga koʻra, elektronlar va teshiklarning kontsentratsiyasi teng boʻlgan ichki yarim oʻtkazgichlar, elektron oʻtkazuvchanlik turiga ega yarim oʻtkazgichlar yoki boshqacha tarzda n-tipli oʻtkazuvchanlik yoki oddiygina n-tipli yarimoʻtkazgichlar deb ataladi. teshiklari bilan solishtirganda elektron kontsentratsiyasi oshdi va p-tipi yarimoʻtkazgichlar deb ataladi teshik-turi oʻtkazuvchanlik bilan yarimoʻtkazgichlar — teshiklari ortib konsentratsiyasi bilan.

U yoki bu oʻtkazuvchanlikning turi sof yarimoʻtkazgichga dopant tomonidan beriladi. Yarimoʻtkazgichga elektron turdagi oʻtkazuvchanlik beruvchi aralashmalar donor aralashmalari deb ataladi va teshik tipidagi oʻtkazuvchanlik beruvchi aralashmalar qabul qiluvchi kirlar deb ataladi.

Sof yarimoʻtkazgichlar va yarimoʻtkazgichlar qabul qiluvchi va donor aralashmalarning teng kontsentratsiyasiga ega, bunday yarimoʻtkazgichlar kompensatsiyalangan yarimoʻtkazgichlar deb ataladi oʻzlarining yarimoʻtkazgichlarini hosil qiladi.

n tipidagi yarimoʻtkazgichdagi elektronlar koʻpchilik tashuvchilar deb ataladi va teshiklar ozchilik deb ataladi, p tipidagi yarimoʻtkazgichda esa aksincha. Ozchilik tashuvchisi oqimi yarimoʻtkazgichli qurilmalarning ayrim turlarida, masalan, bipolyar tranzistorlar va faol rejimda muhim rol oʻynaydi, asosiy qatlam orqali oqadigan oqim ozchilik tashuvchisi oqimidir.

Tarmoq nazariyasiga koʻra, yarim oʻtkazgichning kristall panjarasidagi elektronning energiyasi ixtiyoriy qator energiyalarni qabul qila olmaydi, lekin faqat ularning energiyalari maʼlum diapazonlarda — tarmoqli boʻshligʻi bilan ajratilgan ruxsat etilgan zonalarda yotishi mumkin. Ruxsat berilgan past energiya bandi valentlik bandi deb ataladi, yuqori energiya ruxsat etilgan band esa oʻtkazuvchanlik bandi deb ataladi. Valentlik zonasi energiyasiga ega boʻlgan elektronlar erkin emas, yaʼni elektr maydoni qoʻllanilganda ular harakatlana olmaydi, chunki bu zonadagi barcha energiya darajalari band va Pauli istisno qilish printsipiga koʻra, elektron oʻz holatini oʻzgartira olmaydi va harakat holatni oʻzgartirishni talab qiladi. Oʻtkazuvchanlik zonasining energiyasiga ega boʻlgan elektronlar harakatchandir, chunki ular yuqorida joylashgan erkin energiya darajalariga ega.

Agar elektron valentlik zonasidan olib tashlansa, unda musbat zaryadlangan boʻsh joy — valentlik zonasidan boshqa elektron egallashi mumkin boʻlgan teshik hosil boʻladi, yaʼni elektr maydoni qoʻllanilganda, teshiklar valentlikda harakat qiladi. tasma — valentlik zonasida elektr oʻtkazuvchanligining koʻrinishi — teshik oʻtkazuvchanligi.

Yarimoʻtkazgichning kristall panjarasining tugunidan elektronning chiqishi va uni oʻtkazuvchanlik zonasiga oʻtkazish maʼlum bir faollashtirish (ionlash) energiyasini sarflashni talab qiladi. Sof yarim oʻtkazgichlardagi bu energiya oʻtkazuvchanlik zonasining pastki qismi va valentlik zonasining yuqori qismining energiyalari orasidagi farqga teng boʻlib, tarmoqli boʻshliq deb ataladi. Doplangan yarim oʻtkazgichlarda aktivlanish energiyasi donor va akseptor aralashmalari darajasi oʻrtasidagi farqga teng.

Yarimoʻtkazgichlarda erkin tashuvchilarning paydo boʻlishi faollashtirish energiyasini talab qilganligi sababli, mutlaq nol haroratda va tashqi nurlanish boʻlmasa, barcha yarim oʻtkazgichlar izolyator hisoblanadi. Harorat koʻtarilgach, elektronlarning bir qismi valentlik zonasidan oʻtkazuvchanlik zonasiga oʻtadi va elektr oʻtkazuvchanligi paydo boʻladi. Doplangan yarim oʻtkazgichlarda akseptor darajalari valentlik zonasining yuqori qismiga yaqin, donor aralashmalari darajasi esa oʻtkazuvchanlik zonasining pastki qismiga yaqin; shuning uchun qoʻshilgan yarim oʻtkazgichlarda ionlanish (zaryad tashuvchilarning paydo boʻlishi) juda kam faollanish energiyasini talab qiladi. Shuning uchun, engil qoʻshilgan yarimoʻtkazgichlarda, xona haroratida, barcha aralashmalar atomlari ionlanadi va oʻtkazuvchanlik asosan qoʻshimcha moddalar kontsentratsiyasi bilan belgilanadi.

Manbalar

• Fizicheskiy ensiklopedicheskiy slovar. — M.: Sovetskaya ensiklopediya. Glavniy redaktor A. M. Proxorov. 1983.
• Kalashnikov : Elektr fizikasi