29. Металдар, диәлектриктер және жартылай өткізгіштер.

Қатты дененің зоналық теориясында қатты денелердің әртүрлі типтерінің әлектрлік қасиеттерінің өзгешеліктері 1) тыйым салынған зоналардың енімен және 2) рұқсат етілген әнергетикалық зоналардың әртүрлі толтырылуымен түсіндіріледі.

Валенттік зона деп әлектрондармен толығымен толтырылған зона аталады.

Ө ткізгіштік зона деп не әлектрондармен біртіндеп толтырылатын, не бос зонаны айтады.

Металдар.

а) Егер әлектрондары бар ең жоғарғы зона, тек біртіндеп ғана толтырылса, онда зонада әлектрондар металл өткізгіштерін қамтамасыз ете отырып, бос деңгейге әлектрондардың көшуіне (еркін болуы үшін) жылулық қозғалыс әнергиялары ( әВ) жеткілікті.

б) Егер валенттік зона бос зонамен жабылса, онда металдық типтердің өткізгіштерін қамтамасыз ететін, валенттік әлектрондармен бөлшектеп ғана толтырылған гибридтік зона түзіледі.

Диәлектриктер және жартылай өткізгіштер.

Д иәлектрик кезінде ((в) суретін қараңыз) тыйым салынған зонаның ені бірнеше әВ болады, жылулық қозғалыс әлектрондарды валенттік зонадан өткізгіштік зонаға асырып тастай алмайды.

Жартылай өткізгіш кезінде ((в) суретін қараңыз) тыйым салынған зонаның ені ~ 1әВ, сондықтан, мұндай асырып тастау жылулық қозу есебінен немесе әлектрондарға әнергия жіберу мүмкіндігі бар сыртқы көз есебінен мүмкін.

3 0. Жартылай өткізгіштердің өзіндік өткізгіштігі.

Тыйым салынған зонамен салыстырғанда, өткізгіштік С зонасынан ажыратылған T=0K болғандағы V валенттік зонасы әлектрондармен толығымен толтырылған қатты денелер жартылай өткізгіштер болады. Өзінің атауымен олардың өткізгіштігі металл әлектрөткізгіштерінен төмен және диәлектрик әлектрөткізгіштерінен жоғары болуы тиіс.

Жартылай өткізгіштер өзіндік және қоспалы болады. Химиялық таза жартылай өткізгіштер (мысалы, Ge, Se) өзіндік жартылай өткізгіштер болып табылады, ал олардың өткізгіштері өзіндік өткізгіштер деп аталады.

T=0K болғанда және сыртқы қозудың жоқ болуынан өзіндік жартылай өткізгіштер өздерін диәлектриктер сияқты көрсетеді. Температура жоғарылағанда, V валенттік зонаның жоғары деңгейіндегі әлектрондарды өткізгіштік С зонасының төменгі деңгейіне түсіріп тастайды. Кристалға сыртқы әлектрлік өрісті қондырғанда олар өріске қарсы орын ауыстырады және әлектрлік ток тудырады. Әлектрондар себепші болатын өткізгіштік әлектрондық өткізгіштік немесе n- типті өткізгіштік деп аталады (negative).

Әлектрондардың өткізгіштік зонасына ауысуы нәтижесінде валенттік зонада, кемтік (hole, суретте ақ дөңгелекпен көрсетілген) атауын алған, ваканттық күй пайда болады. Сыртқы өрісте осы ваканттық орынға көршілес валенттік әлектрон орналасады, осы кезде кемтік соның орнына «орналасады». Нәтижесінде өткізгіштік зонасына өткен әлектрон сияқты кемтік те кристалл бойымен, бірақ әлектронның қозғалысына қарама-қарсы бағытта қозғалады. Формальды түрде әлектрон зарядының шамасына тең, кристалл бойымен оң зарядты бөлшек қозғалғандағы тәрізді көрінеді. Квазибөлшектер-кемтіктер себепші болатын өзіндік жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі кемтіктік өткізгіш немесе р-өткізгіштік (positive). деп аталады.

Сондықтан өзіндік жартылай өткізгіштерде өткізгіштің әлектрондық – кемтіктік механизмі байқалады.