Almasov


Полупроводники. Специфика электронных свойств полупроводниковых материалов.
Жартылай өткізгіштер — өзінің электрлік қасиеті жағынан HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D3%A8%D1%82%D0%BA%D1%96%D0%B7%D0%B3%D1%96%D1%88%D1%82%D0%B5%D1%80" \o "Өткізгіштер" өткізгіштер мен HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80" \o "Диэлектриктер" диэлектриктердің (мысалы, HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9" \o "Германий" германий, кремний) арасынан орын алатын элементтер. Металдармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер элексир тоғын аз өткізеді, ол сәулелену кезінде жарық энергиясының ағымымен өзгере алады. HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0" \o "Радиолампа" Радиолампалармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер құралдардың көлемі мен салмағы аз, электрлік және механикалық беріктігі жоғары болады, олар ұзақ уақыт қызмет ете алады және электр энергиясын аз пайдаланады. Осындай қолайлы қасиеттеріне орай жартылай өткізгіштерді әскери радиотехникалык аппаратураларда жиі қолданады.
Жартылай өтккізгіштердің ерекшеліктері. Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және Жартылай өтккізгіш неғұрлым қаттыр жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарыларды. Шалаөткізгіш материалдар — ШӨ аспаптарды жасау үшін қолданылатын, барлық температурада, соның ішінде белме температурасында шалаөткізгіштік қасиеттері айқын байқалатын заттардың жиынтығы. Металдар мен диэлектриктер аралығында жататын үлестік электрөткізгіштік мәндерімен сипатталады. Металдарға қарағанда шалаөткізгіш материалдардың электр өткізгіштігі HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0" \o "Температура" температура жоғарылаған сайын артады. Шалаөткізгіш материалдар мынадай негізгі топтарға бөлуге болады:
1) Қарапайым шалаөткізгіш материалдар Ge, Si, көміртегі ( HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%BC%D0%B0%D0%B7" \o "Алмаз" алмаз және HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%82" \o "Графит" графит), В, сүр қалайы, Те, Se;\
2) Аш Bv типті қосылыстар (периодты жүйенің III және V топ элементтерінің қосылыстары), негізінен, HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%84%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%82" \o "Сфалерит" сфалерит типті кристалды құрылымы бар. Негізгі екілдері: GaAs, ZnP, ZnAs, FnSb,GaP;
3) периодты жүйенің VI топ элементтерінің (О, S, Se, Те) I—V тобы элементтерімен және сирек жер металдарымен қосылыстары. Бұған CdTe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnO, ZnS жатады;
4) A11 B1V C2V типті үштік қосылыстар. Олар CdSnAs2, CdGeAs2, ZnSnAs2;
5) HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9" \o "Кремний" Кремний карбиды (SiC);
6) Кристалл емес шалаөткізгіш материалдар oсы топқа халькогенидті және HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%A2%D0%BE%D1%82%D1%8B%D2%9B%D1%82%D1%8B_%D1%88%D1%8B%D0%BD%D1%8B&action=edit&redlink=1" \o "Тотықты шыны (мұндай бет жоқ)" тотықты шыны тәріздес шалаөткізгіш материалдар жатады. Бұлар As2Se3 — As2Te3, TL2Se - As2Se3, Y205 - P205 - RO (R— I—VI топтағы металл).2.Особенности ковалентной связи атомов в кристаллах. Электронные свойства материалов с ковалентной связью атомов.Коваленттік байланыс – ортақ электрон жұбын түзу арқылы пайда болатын химиялық байланыс. Атомдық кристалдық тордың түйіндерінде атомдар орналасқан, олар озара бір-бірімен ковалентті полюссіз байланысқан, оларға бор В, көміртек С, кремний Sі, т.б. жатады.
Мысалы кремний(Si) мен германий (Ge) Менделеев кестесінің периодтық жуйесінде Si Ge бір топшада орналасқан көміртек.
Электрондарының орналасу күйі:
Ge ( 32) (1s22s22p63s23p63d104s24p2 )
Si (14) (1s22s22p63s23p2 )
Электронның сыртқы қабықшасы осы атомдарда жартылай толтырылған:оның ішінде 4 электрон 2s 2p- күйлері.
Кристтал түзілу барысында 4 валенттің әр куйі 3s23p2 кремний гибридті антипаралельдік sp3 күйге 4 ковалеттік түзіліс түзеді.Нәтижесінде әр атом жақын көрші 4 атоммен қоршалған және тетраэдра орналасқан.Мұндай кристалдық тор кубтық және алмас торы деген атты алады
Ковалеттік байланыста бос орын кемтік деп аталады.Негізінде кристал электронейтролды, себебі әрбір түзілген оң заряд кемтік әсерінен бос электронға сәйкес келеді.
Жеке жартылай өткізгіштік яғни ковалеттік байланыс бұзылған кезде бірдей қатынастағы бос электрондар мен кемтіктер саны бірдей болады.Бөлме температурасында бос электрондар концентрациясы мен кемтіктері Ge да құрайды 1013см-3; Si 1010см-3
Жартылайөткізгіштің температурасы өскен сайын ковалеттік бұзылу саны артады.Бұл дегеніміз жартылайөткізгіштің бос электрондары мен кемтіктердің концентрациясының өсуін кемітеді.
Коваленттік байланыстың негізгі қасиеттеріне қанығуы, полюстенуі, бағытталуы жатады. Коваленттік байланыстың қанығуы әр атомға тән ортақ электрон жұптарының санымен анықталады. Химиялық байланыстың ерекшелігі – қанығуға қабілеті бар, яғни атом өзінің валенттік орбитальдарын толық пайдалануға тырысады. Қанығуына сай молекулалық байланыстың да белгілі құрамы болады. Коваленттік байланыстың полюстенуі молекулалардың өздерінің және олардағы жеке байланыстардың полюстігінің сыртқы электр өрісінің әсерінен өзгеру қабілетімен сипатталады. Мысалы, атомдық кристалдық торлы алмаз тек көміртек атом- дарынан түратын өте берік зат, қатты, суда ерімейді және балқу температурасы ете жоғары. Графит электртехникалық өнеркөсіпте жогары бағаланады, себебі электр генераторлардың және электр қозгалтқыштардың түйіспе щеткаларын жасауға қажет. Электр пісіруде графит электрод ретінде қолданылады. Негізгі қасиеттері:
Қатты
Қайнау және балқу температурасы жоғары
Электр өткізгіштігі - диэлектрлі жартылай өткізгіш
Жылуөткізгіштігі мен электрөткізгіштігі төмен
3.Модельные представления о механизме проводимости собственных полупроводников. Понятие дырки.
Шалаөткізгіштің меншікті өткізгіштігі деп еркін электрондардың немесе кемтіктердің қозғалысы нәтижесінде
валентті зонаның электрондарының деңгейлерінің өткізгіштіктің зонасына өтуінен туады.
1587522860000
Сонымен бірге ni = pi = A exp(-DE/2kT),
Мұндағы  A=4,82Ч1015T 3/2(mn*mp*/m2)3/4;
mn*, mp* - электрон мен кемтіктің эффектифті массасы
m - масса электрона;
k - постоянная Больцмана;
DE – шалаөткізгіштің тыйым салынған зонасының ені;
Меншікті өткізгіштіктің ені:
Шалаөткізгіштерде меншікті өткізгіштіктің еркін электрондарының концентрациясы "кемтіктің" концентрациясына теңеледі.
Өткізгіштік бөлшектің қозғыштығымен келесі қатынаста:

Кемтік — шалаөткізгіштің валенттік аймагындагы толтырылмаған HYPERLINK "https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD" \o "Электрон" электрондық күйді (бос орын) көрсететін квазибөлшек. Кемтіктің заряды он және электрон зарядына тең деп алынады. Әдетте, Кемтіктің өткізгіштік электронға қарағанда эффективтік қозгалғыштыгы аз.
Кемтік түсінігі шалаөткізгіштің электрондық жүйесі қасиеттерін, оның ішіндегі құбылыстарды сипаттау үшін енгізілген.
Кемтіктік өткізгіштік — немесе р- типті HYPERLINK "https://kk.wikipedia.org/wiki/%D3%A8%D1%82%D0%BA%D1%96%D0%B7%D0%B3%D1%96%D1%88%D1%82%D1%96%D0%BA" \o "Өткізгіштік" өткізгіштіктің негізгі заряд тасымалдаушылары кемтіктер болып табылатын шалаөткізгіштің өткізгіштігі.
Мөлшер жағынан үлестік өткізгіштік σp=eμpρ формуласымен анықталады, мұндагы е — еркін кемтіктердің HYPERLINK "https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D1%80%D1%8F%D0%B4" \o "Заряд" заряды, μp — қозғалғыштыгы, ρ— HYPERLINK "https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F" \o "Концентрация" концентрациясы. Кемтіктік өткізгіштік шалаөткізгіш ішіндегі қоспалар HYPERLINK "https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC" \o "Атом" атомдары арқасында, акңепторлар конңентраңиясы донорлар қоспасынан артық жағдайда пайда болады.
4.Модельные представления о механизме проводимости примесных полупроводников. Акцепторные и донорные примеси.
Қоспалы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі.
Егер балқытылған таза германийге немесе кремнийге Менделеев кестесіндегі үшінші топтың элементтерінің атомдарының (Іn, Al, Ga, B және басқалар) аздаған мөлшерде қосса, мысалы Іn, онда қатайғаннан кейін Іn атомдары кристалдық тордың кейбір түйіндерінен орын алып, кристалдық құрамына енеді. In атомдары кристалда төрт көрші Ge атомдарымен ортақ электрондық жұп құрайды. Алайда индий Іn атомында сыртқы электрондық қабатта үш қана электрон болғандықтан, сегіз электроннан тұратын орнықты қабат құру үшін, оған бір ортақ электрон жетіспейді. Іn атомы жетіспейтін электронды көрші германийдің Ge атомынан қамтып алуы мүмкін. Сонда ол теріс зарядталады да, ал қандай да бір орында жылжымалы кемтік пайда болады.
Кристалл электронейтраль болып қала береді, бірақ ондағы теріс зарядталған In атомдары тормен байланысқан (локалданылған), ал оң зарядталған кемтіктер электр тогына қатысуы мүмкін. Мұндай
кристалдың өткізгіштігі негізінен кемтік болады, өйткені кристалда пайда болған кемтіктердің саны, аздаған қоспаны ендіргеннің өзінде (10-4 – 10-6 %), қоспасыз жартылай өткізгіштегі «электрон-кемтік» жұбының санынан едәуір көп болады.
Егер жартылай өткізгіште атомдары электрондарды қамтып алатын, Менделеев кестесіндегі ІІ топтағы элементтердің қоспасы болса, онда мұндай қоспаны р-типті қоспа деп атайды («позитив» - оң деген сөз) немесе акцепторлық (аламан) қоспа, ал кристалл р-типті жартылай өткізгіш деп аталынады. р- типті жартылай өткізгіштерде негізгі электр өткізгіштіктің рөлін – жылжымалы зарядтардың негізгі тасымалдаушылары – кемтіктер атқарады.
Сонымен, германий кристалының торына V топтың атомдарын ендірген кезде тордың түйіндерінде оң зарядталған «қозғалмайтын» қоспаның иондары және еркін электрондар пайда болады (17-сур.). Мұндай жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі негізінен электрондық болады. Бұл жағдайда
кристалды n-типті жартылай өткізгіш деп атайды («негатив» - теріс деген сөз), ал қоспаны n-типті қоспа немесе донорлық (беремен) деп атайды.

n – типті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның жоғарғы жартысына орналасса, ал p – типті жартылай өткізгіште – тыйым салынған зонаның төменгі жартысында орналасады. Температура артқан кезде жартылай өткізгіштердің екі түріндеде Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның ортасына ығысады.
Егер донорлық деңгейлер валенттік зонаның төбесінен алыс орналаспаса, олар кристалдың электрлік қасиетіне мәнді әсер ете алмайды. Мұндай деңгейлердің өткізгіштік зонаның түбінен қашықтығы, тыйым салынған зонаның енінен едәуір аз болған жағдайда басқаша болады. Бұл жағдайда қалыпты температураның өзінде жылулық қозғалыс энергиясы, донорлық деңгейден өткізгіштік зонаға ауыстыру үшін жеткілікті болады.
Акцепторлық деңгейлер кристалдың электрлік қасиетіне, егер олар валенттік зонаның төбесіне жақын орналасса мәнді әсер етеді. Кемтіктің пайда болуына электронның валенттілік зонадан акцепторлық деңгейге ауысуы сәйкес келеді.
5. Энергетический спектр электронов в твердом теле. Металлы, полупроводники, диэлектрики по зонной модели.Кристалдағы энергияның мүмкін болатын мәндері зоналарға топталады. Атомдар жақындаған сайын күшейе түсетін өзара әсер пайда болады. Барлық атом үшін бірдей болатын бір деңгейдің орнына өте жақын орналасқан, бірақ бір-біріне дәл келмейтін бірнеше деңгей пайда болып, оңашаланған деңгейге ажыратылады да, зона түзеледі. Нашар ажырасқан деңгейлерден пайда болған төменгі зоналар электрондармен толықтырылады, сөйтіп олар кристалда өздерінің атомдарымен берік байланысын сақтайды. Валенттік электрондар энергиясын рұқсат етілген мәндері кристалда аралықтарымен бөлінген валенттік зоналарға бірігеді де, ал осы аралықтарда энергияның рұқсат етілмеген мәндері болады (сурет 1). Бұл аралықтар тыйым салынған немесе рұқсат етілмеген электронсыз зоналар деп аталады. Валенттік зона атомның негізгі күйінде валенттік электрондар болатын деңгейлерден пайда болады. Рұқсат етілген аса жоғары зоналар электрондардан бос болады, яғни бос зона түзеледі. Валенттік зонаны электрондар толық толтырмайды. Электр өрісінің электрондарға әсер етуінен туған қосымша энергия электронды бос жоғары деңгейге көшіруге жеткілікті. Сондықтан электрондар электр өрісінде үдетіліп, өрістің бағытына қарама-қарсы бағытта қосымша жылдамтыққа ие болады да, тоқ пайда болады.  
6.Локализованные состояния в запрещенной зоне полупроводника.
Егер жартылай өткізгіште донорлы не акцепторлы қоспалар бар болса, она тыйым салынған зонада локальді энергетикалық күйлер пайда болады. Жартылай өткізгішті жарықтандырғанда электрондардың қоспалы энергетикалық деңгейінен өткізгіштік зонаға өтуін бақылаймыз, яғни жұтылудың үздіксіз сызығы пайда болады. Осы әдіспен валенттік зонаның электроны жарықтандыру нәтижесінде акцепторлық деңгейге өтеді.
Кристалдағы қоспаның ионизациялай энергиясын бағалайық. Мысал ретінде германийдің кристалл торындағы донорлық қоспаны қарастырайық. Оның 4 валенттік электрондары коваленттік байланыс түзеді. 5-ші электронның қозғалыс сипаты протон өрісіндегі сутек атомының электрон қозғалысымен сәйкес келеді, бір ескеретін жағдай, ол – қоспа электроны диэлектриктік ортадағы оң зарядталған ионмен тартылады. Және сонымен қатар кристалдағы электронның эффективті массасы m*e еркін электронның массасымен сәйкес келмейді, содан Шредингер теңдеуінен донорлық қоспаның ионизациялау энергиясы келесі түрде болады:
m*e = mо /4 және = 16, содан Ed = 0,01 эВ. Дәл осындай есептеу акцепторлық қоспа үшін де қолданылады. Сурьма мен алюминийге өткізілген тәжірибеге сәйкес Ed =0,0097 эВ және 0,01 эВ болып табылады.
 
 
7.Концентрация свободных носителей заряда в собственном полупроводнике. Закон действующих масс. Температурная зависимость концентрации носителей заряда.
Меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушылары валенттік аумақтан өткізгіштік аумаққа электрондарды қоздыру нәтижесінде пайда болады, концентрациялары тең электрон-кемтік еркін заряд тасымалдаушылар парасы пайда болады:
(2)
i-индексі (материалдың параметры меншікті екендігін білдіреді.
Меншікті жартылай өткізгіште заряд тасымалдаушыларының тепетеңді концентрациялары томендегі қатынастармен анықталады: және өткізгіштік аумақ пен валенттік аумақтағы күйлердің эффективті тығыздықтары, к- Больцман тұрақтысы, h-Планк тұрақтысы, EF- Ферми энергиясы.
Меншікті жартылай өткізгіш үшін электрондар мен кемтіктердің концентрацияларының көбейтіндісін қарастырайық. (2)-ші формуланы ескере отырып: (5) - ті
аламыз. Демек, меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушылары концентрацияларының көбейтіндісі Ферми деңгейінің орналасуына байланысты емес және берілген температурада белгілі жартылай өткізгіш үшін тұрақты шама болады: (7)
яғни берілген температурада меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы жартылай өткізгіштің тыйым салынған аумағының енінмен анықталады. Eg параметры үлкендеу болатын жартылай өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы азаятындығын (7) қатынасы көрсетеді.
Әсерлеуші массалар заңы: химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционал.
mА+nВ = С => υ = k* CmA*CnB немесе υ = k[A] m [B]n
Бөлме температурасындағы меншікті жартылай өткізгіштегі еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы мен жартылай өткізгіштің тыйым салынған аумақ енінің шамасы арасындағы байланыс
Eg, эВ 10 5 3 2 1 0,75 0,5
ni, cм-3 10-65 10-35 10-6 102 1011 1013 1015
Кестеден Eg шамасы азайған кезде өткізгіштікке қатысатын электрондардың саны тез өсетіні және жартылай өткізгіштің валенттік электрондарының концентрациясына тең санға ұмтылатындығы байқалады.
Әдетте, бөлме температурасында жартылай өткізгіштегі меншікті заряд тасымалдаушыларының концентрациясы ni қоспалы заряд тасымалдаушыларының концентрациясына қарағанда әлдеқайда аз. Бірақ температураның өсуіне байланысты ni тез өседі және белгілі бір Ti температурасында меншікті заряд тасымалдаушыларының концентрациясы легирлеуші қоспасы заряд тасымалдаушыларының концентрациясымен теңеседі. Ti мәнінен төмен температурада жартылай өткізгіштегі заряд тасымалдаушылары концентрациясының температураға тәүелділігі босаң. Температура Ti мәнінен жоғарылағанда заряд тасымалдаушыларының концентрациясы экспонента бойынша өседі.

Массалар әсерлесуші заңы: Реакция өнімдерінің әсерлесуші массасының бастапқы заттарының әсерлесуші массасына қатынасы тұрақты шама.

 — активность веществ — стехиометрический коэффициент (для исходных веществ принимается отрицательным, для продуктов — положительным);
 — константа химического равновесия. 
Әсерлесуші масса: Химиялық реакцияларда идеалды газдар немесе идеалды ерітінділер үшін әсерлесуші масса деп – дәрежесі стехиометриялық коэффициенттерге сәйкес компонеттің концентрациясы (бастапқы заттар немесе реакция өнімдері), және де реакция өнімдерінің стехиометриялық коэффициенті оң, ал бастапқы заттардың стехиометриялық коэффиценті теріс. Нақты жүйелер үшін концентрация буланулығы немесе белсенділік концентрациясымен алмастырылады.
8.Концентрация свободных носителей заряда в примесном полупроводнике. Температурная зависимость концентрации носителей заряда.
Қоспалы жартылайөткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы температура мен қоспаның концентрациясына байланысты. Қоспалы жартылайөткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы формуламен анықталады.

NД1 – донордың концентрациясы. (1–4аумағында) Жартылайөткізгішті қыздыру кезінде төменгі температурада концентрацияның өсуі донордың ионизация деңгейінің үлкендеуін көрсетеді.
Температура одан әрі көтерілгенде (4 нүкте) барлық электрондар қоспаның деңгейлерінен өткізгіштіктің зонасына өтеді. Бұл ретте шалаөткізгіштің меншікті атомының иондауының мүмкіндігі тағы аз. Сол себептен жеткілікті жоғарғы температуралық диапазонда (4-6 аумақ) зарядтың тасымалдаушының концентрациясы тұрақты болып қалады.
Жартылай өткізгіштерді легірлеу – жартылайөткізгіштерге белгілі мөлшерде қоспа немесе структурасын бұрмалау арқылы электрлік қасиеттерін өзгерту болып табылады.Көп таралған түрі жартылайөткізгіштерді легірлеу болып табылады.Легірленген жартылайөткәзгіштің электрлік қасиеттері енгізіліп жатқан қоспа түріне және концентрациясына тәуелді.Электронды өткізгіштігі бар (n-типті)жартылайөткізгіштерді алу үшін әдетте донорлы қоспаларын қолданады.Олардың кең шектерде өзгеретін өткізгіштік электрондары болады.Донорлы қоспалар тиым салу зонасында немесе өткізгіштік зона түб жағында “майда” энергетикалық деңгейлер түзеді.Ал кемтіктік (р-типті) өткізгіштігі бар жартылайөткізгіштерді алу үші акцепторлі қоспалар қосылады.Олар валентті зонаның жоғарғы жағында энергетикалық деңгей түзеді.Осындай қоспа атомдары бөлме температурасында  (300 К)толықтай иондалған болып табылады.(ионизация энергиясы эВ),сол себепті олардың концентрациясы негізгі заряд тасушылардың концентрациясын құрайды.
9.Компенсированный полупроводник. Орны толтырылған (Компенсированный) шалаөткізгіш-құрамында донорлар да, акцепторлар да бар шалаөткізгіш. Донорлар беретін электрондарды акцепторлардың қарпуы нәтижесінде n қозғалыстағы заряд тасымалдаушылардың концентрациясы азаяды. Орын толтырушы қоспаның аздаған концентрациясының ьолуы негізгі заряд тасымалдаушылардың мөлшері мен температуралық тәуелділігін басқаруға мүмкіндік береді. Акцепторлармен орны толтырылған n типті шалаөткізгіш үшін өткізгіштік зонадағы электрондардың концентрациясы(Nд>Nа Nд-донорлардың концентрациясы, Nа-акцепторлардың концентрациясы) :
n=12(Nа+n1)(1+4Nд-Nаn1Nа+n12-1)n1=g0g1Ncexp⁡(-IkT)T-абсолют температура
Nc-өткізгіштік зонадағы эффективті күйлердің тығыздығы
I-донордың иондалу энергиясы
g0 мен g1 –бос және толтырылған донорлық деңгейлердің статикалық салмағы.
Жеткілікті деңгейдегі жоғарғы температурада
(Nд-Nа)n1(Nа+N1)2≪1 n1≫Nа;n=Nд-Nа
Төмен температураларда:
n1≪Nа n1≪(Nд-Nа)-1Nа2n=Nд-NаNаn1≪Nд-NаСоңғы формуладан орын басушы акцепторлардың концентрациясы өткізгіш электрондардың концентрациясына әсер ететінін және өзгерте алатынын байқауға болады.Сонымен, сәйкес қоспаларды енгізе отырып, шалаөткізгіштің электрлік және оптикалық қасиеттерін өзгерете аламыз.
10.Вырожденный (азғындалған) жартылайөткізгіш – заряд тасымалдаушылардың энергетикалық таралуы Ферми –Дирак статистикасымен сипатталатын жартылайөткізгіш. Төмен жартылайөткізгіштерде Ферми деңгейі не өткізгіштік зонаның ішінде немесе валенттілік зонада, не осы зоналар айналасында тікелей жақын kT (T – абсолюттік температура) ретті арақашықтықтағы тыйым салынған зонада орналасқан.
Меншікті жартылайөткізгіштер k T  тыйым салынған зонаның енімен салыстырғанда, жоғары температура кезінде азғындалған жартылайөткізгіш болады. Тар тыйым салынған зоналы (HgSe, HgTe) меншікті жартылайөткізгіштердің бір немесе бірнеше типінің тасымалдаушыларының төмендеуі бөлме температурасында болады. Қоспалы жартылайөткізгіштерде электрон өткішгіштері (кемтіктер) донорлы (акцепторлы) қоспаларында жоғары концентрацияда азғындалған болады. Интенсивті оптикалық қозу кезінде немесе заряд тасымалдаушылардың күшті инжекциясында тасымалдаушылардың әртүрлі азғындалуы болуы мүмкін.
Азғындалудың еркін дәрежесінде жартылайөткізгіштің тепе-теңдік электронды-кемтіктік жүйесінде термодинамика-кинетикалық сипаттамасы Ферми-Дирак интегралы арқылы айтылады:

мұнда ,- химиялық потенциал. Қатты азғындалу ( кезінде) мына формулалар қоспалар үшін де айтарлықтай оңайланады. Металдар үшінде төмен жартылайөткізгіштер сол көрініске ие.
Заряд тасымалдаушылардың азғындалуы энергия бойынша тасымалдаушылардың бөлінуі жылулық таралуымен келісімді болған тех-кинетикалық эффекттерінде ерекше байқалады. Мұндай эффекттерге магнитті-резисторлы эффект, электронды-жылуөткікізгішті, Пельтье эффекті, Нернста эффекті, Эттингсхаузена эффектісі және т.б. изотропты энергетикалық спектрлі жартылайөткізгіштер жатады. Толық төмен жартылайөткізгіштерде (T=0K кезінде) Паули принципінің күшінің ауыспалы құбылыстарында мұндай жартылайөткізгіштерде бір энергияға ие болатын және Ферми-бетінде орналасқан заряд тасымалдаушылар ғана қатыса алатын болғандықтан, бұл эффекттер болмайды. T=0K кезінде эффекттердің өз орны болады, бірақ олар аса көп емес – кеңдігі шамамен   немесе   болғанда (қарастырып отырған эффектке қатысты) төмен емес жартылайөткізгіштерге қарағанда аз болады.
11.Подвижность носителей заряда. Полевая зависимость подвижности.
Қозғалғыштық деп заряд тасымалдаушыларының кернеулігі 1 В/м электр өрісіндегі орташа жылдамдығын айтады:
,
мұндағы Е-электр өрісінің кернеулігі. Қозғалғыштықтың өлшем бірлігі м2/(В∙с).
Заряд тасымалдаушыларының орташа дрейфтік жылдамдығы:
,бойынша анықталатыны белгілі. Мұндағы τ – екі бірізді шашырау актісі арасындағы уақыттың орташа интервалы және оны еркін жүріс жолының орташа үақыты деп атайды. Оның шамасы заряд тасымалдаушыларының энаргиясына байланысты.
Алдыңғы екі формулалардан:
.(3)
Осыдан, тасымалдаушының қозғалғыштығы жартылай өткізгіште тасымалдаушылардың шашырау процестерімен сипатталатын еркін жүріс жолының орташа уақыты мен эффективті массасы шамаларымен анықталатынын көрүге болады. Заряд тасымалдаушаларының қозғалғыштығы олардың эффективті массасына кері пропорционал болғандықтан, негізгі жартылай өткізгішті материалдарда электрондардың қозғалғыштығы кемтіктердің қозғалғыштығынан артық болады.
Осылайша, бір заттағы электрондар мен кемтіктердің қозғалғыштықтары әртүрлі болады, ал анизотропты кристалдарда айырмашылықтары түсірілген өріс бағытынада тәүелді өзгереді. Кристалдағы заряд тасымалдаушылар кристалдық тордың жылулық тербелістерінде (фонондарда), кристалдық тордың нейтралды немесе зарядталған ақауларында және т.б. еркін заряд тасымалдаушыларында шашырайды. Заряд тасымалдаушылардың кристалдық тордың жылулық тербелісінде шашырауын (тордағы шашырау) оптикалық және акустикалық фонондарда шашырау деп екіге бөледі. Акустикалық фонондарда шашырау кезінде:
,
ал зарядталған қоспаларда шашыраған кезде:
,
мұндағы: А және В- температураға тәүелсіз коөффициенттер, N- қоспаның концентрациясы, z-қоспа ионының заряды. және температуралық тәүелділіктері әр-түрлі екендігін көрүге болады: температура бойынша ~ өзгереді, ал - ~ . Сонымен қатар, қоспаларда шашырау кезінде заряд тасымалдаушылар қозғалғыштығы қоспаның N концентрациясына кері пропорционал.
Жоғары температураларда кристалдық тордың жылулық тербелісінде шашырау басым болатыны анық. Сонымен бірге тесператураның өсуіне байланысты заряд тасымалдаушыларының қозғалғыштығы Т-3/2 заңдылығы бойынша өзгереді. Температура төмендеген кезде тордың жылулық тербелісінде заряд тасымалдаушыларының шашырау ықтималдылығы кемиді және қоспа иондарында шашырау басымырақ болып келеді. Қозғалғыштық температураның өсуіне байланысты артады. Бұл жағдайда электр өрісінде электрондар мен кемтіктердің дрейфтік жылдамдығын шектеуші процестер олардың зарядталған қоспа атомдарының электростатикалық өрісімен ауытқуы болып табылады. Жартылай өткізгіште қоспа концентрациясы артқанда заряд тасымалдаушыларының қозғалғыштығы төмендеүінің себебі шашыратушы центрлер санының көбейю мен байланысты.Осылайша шашыраудың қай механизмінің басымырақ болуы және заряд тасымалдағыштардың қозғалғыштығының шамасы жартылай өткізгіштікте қоспаның концентрациясы мен температурасына байланысты. 1. Қозғалғыштық - электр өрісінде заряд тасымалдаушыларының орташа жылдамдығының осы өрістің кернеулігі шамасының қатынасына тең.
2. Омдық қозғалғыштық – өткізгіштікті өлшеу арқылы алынған қозғалғыштық, яғни оны формуласы бойынша белгілі заряд тасымалдаушылар концентрациясын қойғанда есептелінүі.
3. Дрейфтік қозғалғыштық – үлгіде белгілі үдетуші өрісте инжекцияланған тепе-теңсіз заряд тасымалдаушылар пакетінің уақыт бойынша орын ауыстыруына байланысты анықталынатын қозғалғыштық:
,
мұндағы х- тасымалдаушылардың өткен жолы, t- инжекцияланған заряд тасымалдаушылардың ұшып өту уақыты. Ұшып өту уақыты – бұл заряд тасымалдаушыға бүкіл үлгіні өту үшін қажетті уақыты. Ол уақыт үлгі бойымен қозғалудағы заряд тасымалдаушының еркін күйіндегі және жабысу центрлерінде орналасуындағы уақыт аралықтарының қосындысына тең толық уақыт. 4. Холлдық қозғалғыштық Холл эффектісін өлшегенде анықталынады, ол R Холл коэффициентінің жартылай өткізгіштіктің σ өткізгіштігіне көбейтіндісі арқылы табылады. Қоспалы өткізгіштік облысында өлшенген холлдық қозғалғыштық - негізгі заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы:
.Холлдық қозғалғыштық дрейфтік қозғалғыштыққа пропорционал, бірақ оған тең емес. 5. Эффективті қозғалғыштық . Ол аралас өткізгіштік облысында Холл эффектісін өлшегенде анықталынады.
6. Микроскопиялық қозғалғыштық . Микроскопиялық қозғалғыштық деп қармап алмайтын бөлшектің қозғалғыштығын ұғамыз. 7. Диффузияық қозғалғыштық – D диффузия коэффициенті белгілі болған кездіндегі Эйнштейн қатынасынан есептелінетін қозғалғыштық:
Заряд тасымалдаушылардың дрейфті қозғалгыштығының сызықтық байланысы (Полевая зависимость подвижности).
μ ∼ E n, E – сыртқы электр өрісінің кернеулігі.
12.Температурная зависимость подвижности носителей заряда.
Заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы негізінде екі физкалық фактор әсер етеді:
1. кристалдық тор атомдарының хаосты(ретсіз) жылулық тербелістері (кристалдық тор атомдарының жылулық тербелістерінде заряд тасымалдаушылардың шашырауы);
2. иондалған қоспаның электрлік өрісі (қоспа иондарында шашырауы);
Үлкен температураларда кристалдық тор атомдарының жылулық тербелістерінде заряд тасымалдаушылардың шашырауына ие болады:

Сол себепті осы диапазонда температураның өсуімен тасымалдаушылардың температуралық шапшаңдығы кемиді (63,64-суреттер).Төмен температуралар диапазонында температураны көбейтсек заряд тасымалдаушылардың хаосты қозғалысының жылулық жылдамдығының төмендеуіне алып келеді, яғни заряд тасымалдаушыға қоспа ионының электрлік өрісінің әсер ету ұзақтығы артады немесе қоспа ионына жақындайтын тасымалдаушының келу уақытының артуына алып келеді (64-сурет). Қоспа концентрациясын арттырсақ қоспа иондарында шашырауы да артады, яғни заряд тасымалдаушылардың шапшаңдығы азаяды. Алайда тасымалдаушылардың шашырау механизміне ие жоғарғы температура диапазонында қоспаның жоғары концентрациясы кезінде кристалдық тордағы атомдардың жылулық тербелісінде шашырау қалады, соған сәйкес заряд тасымалдаушылардың шапшаңдығының температуралық тәуелділігі жоғары температуралар диапазонында қоспа концентрациясын көбейтсек іс жүзінде жұтылмайды.

Салыстырмалы өткізгіштік заряд тасымалдаушылар концентрациясы және оның шапшаңдығына пропорционал. Температураның концентрацияға және заряд тасымалдаушылар шапшаңдығына әсерін біле отырып, салыстырмалы өткізгіштің температураға тәуелділігін шағылыстартын жалпы қисық жүрісті елестетуге болады (66-сурет). Жартылайөткізгіштерде заряд тасымалдаушылар концентрациясы өте қатты температурадан экспоненциалды заңдылық бойынша тәуелді:

Деңгейлік заңдылық бойынша шапшаңдылыққа температураның өзгерісі әлсіз әсер етеді (айнымалы валентті металдар оксид негізінде оксидті жартылайөткізгіштерді ескермей құрғанда). Сол себепті салыстырмалы өткізгіштің температуралық тәуелділігі өте төмен және өте жоғары температуралардағы тасымалдаушылар концентрациясының температуралық тәуелділігіне өте ұқсас болып келеді. Қоспалардың азаюына сәйкес, температура диапазондарында, негізгі заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өзгеріссіз қалады, салыстырмалы өткізгіштің температуралық өзгерістері шапшаңдылық температурысының тәуелділігіне сәйкестендіріледі.
13.Электропроводность полупроводникового материала. Зависимость электропроводности от температуры
-244475295910000Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және Жартылай өтккізгіш неғұрлым қаттыр жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарыларды. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі олардың тазалығына өте күшті тәуелді. Диэлектриктердегі сияқты, жартылай өткізгіштерде бөгде қоспалардың болуы, мысалы басқа элементтің аздаған атомының болуы, оның электр өткізгіштігіндей. Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының сыртқы қабатының жеке электрондары, атомнан бөлінуге жеткілікті энергия қабылдап, онан бөлініп шығып, еркін электрондарға айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, ондағы еркін электрондардың саны артады және электр өткізгіштігі жоғарылайды.Жартылай өткізгіштердің температурасы төмендеген кезде еркін зарядты тасымалдаушылар саны күрт төмендеп, төменгі температураларда оның өткізгіштігі іс жүзінде нольге тең болады. Жартылай өткізгіштерде, төменгі температураларда өткізгіштіктің жоқ болуы – металл өткізгіштерден жартылай өткізгіштердің тағы да бір сипатты айырмашылығы болып саналады және ол өткізгіштерде еркін зарядты тасымалдаушылардың пайда болуының жылулық табиғаты бар екендігін көрсетеді едәуір арттырады. Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының сыртқы қабатының жеке электрондары, атомнан бөлінуге жеткілікті энергия қабылдап, онан бөлініп шығып, еркін электрондарға айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, ондағы еркін электрондардың саны артады және электр өткізгіштігі жоғарылайды.Жартылай өткізгіштердің температурасы төмендеген кезде еркін зарядты тасымалдаушылар саны күрт төмендеп, төменгі температураларда оның өткізгіштігі іс жүзінде нольге тең болады. Жартылай өткізгіштерде, төменгі температураларда өткізгіштіктің жоқ болуы – металл өткізгіштерден жартылай өткізгіштердің тағы да бір сипатты айырмашылығы болып саналады және ол өткізгіштерде еркін зарядты тасымалдаушылардың пайда болуының жылулық табиғаты бар екендігін көрсетеді.
14.Роль глубоких центров в полупроводниках (толық емес)
Жартылайөткізгіштіктердің терең орталықтарын орталық деп атау қалыптасқан (қоспа немесе кристалл ақаулары),энергия ионизациясы тыйым салынған зонада енінің кеңдік тәртібін иемденуде.Жартылай өткізгіштерде мұндай орталықтардың бар болуы,фотоөткізгіштіктің өмір сүруінің ауысуына алып келеді.Терең орталықтарды зерттеу жартылайөткізгіштердің жалпы теориясын қалыптастыруда маңызды,сонымен қатар жартылайөткізгіштік құралдарды өңдеу,терең орталықтардың қатысуымен қоспаны сіңірумен жұмыс істейді.Жартылайөткізгіштегі физикалық процестерді сипаттауға терең орталықтар жауапты,сонымен қатар орталықта спектрлік және толқындық энергетикалық есептеу тәсілдері болуы керек.
15.Глубокие и мелкие центры. Их влияние на процессы рекомбинации носителей заряда.(т.е)
Жартылай өткізгіштегі тиым салынған зонаның рұқсат етілген күйі «ұсақ» және «терең» болып бөлінеді.Бұндай бөліну шартты түрде ғана, әдетте «ұсақ» цетрлер деп ионизациялау энергиясының деңгейі Еі<0,1 эВ , ал «терең» центрлердің ионизациялау энергиясының деңгейі Еі>0,1 эВ жақын.Мысал ретінде SiC карастырсақ. SiC үшін бұндай бөліну шартты , себебі маңызды акцепторлы және донорлы деңгейлерінәң ионизациялау энергиясының мәні Еі≥0,1 эВ тең. SiC – ң деңгейі терең болып табылады.
16.Равновесные и неравновесные носители заряда. Время жизни неравновесных носителей.
Жартылайөткізгіштердегі еркін заряд тасымалдаушылардың пайда болуы электрондардың валенттік аумақтан өткізгіш аумаққа өтуімен байланысты. Мұндай ауысуды жүзеге асыру үшін электрон тыйым салынған аумақтан ары қарай өтуге жеткілікті энергияға ие болуы керек. Бұл энергияны электрон жылулық тербелістер жасайтын тордың иондарынан алады. Осылай электронның тыйым салынған аумақтан ары қарай өте алуы әдетте тордың жылулық энергиясы арқылы жүзеге асады. Жылулық тепе-теңдік күйдегі термиялық қоздыру арқылы пайда болған заряд тасымалдаушылардың концентрациясы тепе-тең заряд тасымалдаушылар д.а. Алайда жылулық қоздырудан басқа еркін заряд тасымалдаушылардың пайда болуы басқа да себептерге байланысты болуы мүмкін. Мысалы, жартылайөткізгішті фотондармен немесе үлкен энергиялы бөлшектермен сәулелендіру арқылы, соққылық ионизациялау арқылы, немесе басқа денеден (инжекция) жартылайөткізгішке заряд тасымалдаушыларды енгізу арқылы т.б. нәтижесінде. Осылай пайда болған артық заряд тасымалдаушылар тепе-теңсіз заряд тасымалдаушылар д.а. Бұдан заряд тасымалдаушылардың толық концентрациясы:
   (1)
   (2)
Термодинамикалық тепе теңдікте генерация және рекомбинация процесстері өзара теңеседі. G0 - арқылы генерацияланатын , ал R0- арқылы бір уақытта кристалдың бірлік көлемінен рекомбинацияланатын электрон кемтік қосақтар санын белгілейік. Рекомбинацияның ықтималдылығы еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясының көбейтиндісіне пропорционал, сондықтан Мұндағы - рекомбинациялау коэффициенті. Жартылай өткізгіштің тепе теңдік күйі үшін келесі теңдік тура R0 = G0 Бұл тепе теңдік күйінің теңдеуі. Тепе тең және тепе тең емес заряд тасымалдаушылардың энергия бойынша таралуы бірдей болады. Бұл процесс тепе тең емес электрондар артық энергиясын беріп өткізшіщтік зонаның төменгі шетіне түскендей болса, ол тепе тең емес кемтіктер артық энергиясын беріп валенттік зонаның жоғарға шетіне көтеріледі. Егер бұл жағдайда тепе тең емес з.т. концентрациясы тепе теңдіктегілерден аз ғана ерекшеленсе, онда кристалға тепе тең емес з.т. кинетикалық энергиясын беруі тордың энергиясын өзгертпейді, ол осылайша кристалдың температурасын да өзгертпейді, сондықтан тепе тең заряд тасымалдаушының концентрациясы өзгереді. Генерация процесімен қатар рекомбинация процесі де жүреді және стационар күйде бірлік уақыт ішінде коваленттік байланысының үзілуі нәтижесінде қозған электрондар мен кемтіктердің саны осы уақыт ішінде рекомбинацияланған электрондар мен кемтіктердің санына тең. Тепе тең емес з.т. өте аз уақыт өткеннен кейін физикалық энергиясы тұрғысынан тепе теңдік күйдегіден ажыратылмай қалғандықтан олар тепе тең з.т сияқты - рекомбинациялау коэффициентіне ие деп санауға болады.
Тасымалдаушының еркін күйде болатын уақыты (электрон - өткізгіштік зонасында, кемтік - валенттік зонада)   еркін тасымалдаушының өмір сүру уақыты деп аталады. Өмір сүру уақытын анықтаушы ең негізгі процесс ретінде рекомбинация – электрон мен кемтіктің қосылу процесі болып табылады. Рекомбинацияның жылдамдығы біртекті емес заряд тасымалдаушылардың концентрациясына пропорционалды. Осы себепті шалаөткізгіштің жарықтануы кезінде фотоөткізу қабілеті біртіндеп өседі. Рекомбинация жылдамдығының өсуімен фотоөткізудің өсу жылдамдығы төмендей түседі және бірнеше уақыт өткен соң, стационарлы фотоөткізгіштік қалыптасады. Оған біртекті емес nст  электрондар мен рст  кемтіктердің стационарлы концентрациясы сай келеді. Фотоөткізгіштіктің өсуі мен шөгуі фотоөткізушіліктің релаксациясы деп аталады. 
–Тепетеңсіз заряд тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты.



Жартылай өткізгіш үшін электрон мен кемтіктің санының азаю жылдамдығы бір біріне тең және мәні электрон кемтік қосақтың өмір сүру уақытын анықтайды. Тепе тең емес з.т. көлемдік өмір сүру уақытының мәні жартылай өткізгіштің материалына және оның тазалық деңгейіне тәуелді, 10 -2 мен 10 -8 ге дейін кең шекте өзгеруі мүмкін.
17.Диффузионный ток в полупроводниках. Коэффициент диффузии
Ішкі электрлік өрістің әсерінен болатны электр тоғын дрейфтік ток дейміз. Ол мына теңдеумен өрнектеледі:

мұндағы q – электрон заряды,
n, p – электрондар мен кемтіктердің концентрациясы ,
μn и μp – электрондар мен кемтіктердің қозғалғыштығы.
Диффузиялық ток – электр зарядын тасымалдаушылардың концентрациясы көп бөліктен консентрациясы аз бөлікке ауысуын айтамыз,ол төмендегі өрнекпен өрнектеледі

мұндағы q – электрон заряды,
Dn, Dp – электрондар мен кемтіктердің диффузия коэффициенті,
dn/dx и dp/dx – электрондар мен кемтіктердің концентрацмя градиенті.
Концентрациясының біртексіздігімен шартталған заряд тасымалдаушылардың қозғалысы - тасымалдаушылардың диффузиясы деп аталады. Тасымалдаушылардың диффузиялық ағыны (ток) олардың концентрациясының градиентіне пропорционал және концентрацияның азаюына қарай бағытталған.
Электрондар үшін:

мұндағы Dn- электрондардың диффузия коэффициенті. Ол электрондардың диффузиялық тогы тығыздығының концентрация градиентіне қатынасымен анықталады. Электрондар үшін диффузия тогы “+” таңбасымен жазылады, өйткені теріс бөлшектер үшін диффузия ағынының бағыты токтың бағытына қарама-қарсы болады.
Кемтіктер үшін:

(50)-ші формуладағы “-” таңбасы кемтіктер диффузиясының бағыты олардың концентрациясының өсу бағытына қарама-қарсы болатындығын білдіреді.
Диффузия коэффициенттері заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығымен Эйнштейн қатынасы арқылы байланысқан:

және ол қозғалғыштық мәнінен оңай анықталады.
18.Соотношение Эйнштейна
Эйнштейн қатынасы заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы мен диффузия арасындағы арақатынас.

Қорытылуы
(1)  (2)
 (3)
(4)
(5)

(5)
(6)

(7)
(7)өрнекке (5) ті қойып
(8)
(9)
(8), (9) –Эйнштейн қатынасы.
 —диффузиия коэффициенті,  — қозғалғыштық,  —  Больцмана тұрақтысы, а  —  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B1%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0" \o "Абсолютная термодинамическая температура" абсолю температура.
19.Диффузионная длина носителей заряда.
Жартылай өткізгіштің тыйым салынған аумақтың ортасына жақын жататын және тыйым салынған аумақта деңгейлер түзетін қосымша қоспаларды диффузия арқылы жартылай өткізгішті легирлеу барысында енгізуге болады. Осындай деңгейлер бар болған кезде заряд тасымалдаушылардың рекомбинация жылдамдығы өседі. Концентрациясының біртексіздігімен шартталған заряд тасымалдаушылардың қозғалысы - тасымалдаушылардың диффузиясы деп аталады. Тасымалдаушылардың диффузиялық ағыны (ток) олардың концентрациясының градиентіне пропорционал және концентрацияның азаюына қарай бағытталған.
Электрондар үшін:
(49)
мұндағы Dn- электрондардың диффузия коэффициенті. Ол электрондардың диффузиялық тогы тығыздығының концентрация градиентіне қатынасымен анықталады. Электрондар үшін диффузия тогы “+” таңбасымен жазылады, өйткені теріс бөлшектер үшін диффузия ағынының бағыты токтың бағытына қарама-қарсы болады.
Кемтіктер үшін:
(50)
(50)-ші формуладағы “-” таңбасы кемтіктер диффузиясының бағыты олардың концентрациясының өсу бағытына қарама-қарсы болатындығын білдіреді.
Диффузия коэффициенттері заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығымен Эйнштейн қатынасы арқылы байланысқан:
(51)
және ол қозғалғыштық мәнінен оңай анықталады.
Диффузиялық ұзындық.Егер жартылай өткізгіштің қандайда бір облысында тепе-теңсіз заряд тасымалдаушылар генерацияланса олардың концентрациясы градиентінің нәтижесінде диффузия процесі туындайды. Тепе-теңсіз заряд тасымалдаушалардың диффузия процесімен бірге рекомбинация процесі де жүреді. Сондықтан артық заряд тасымалдаушылардың концентрациясы оларды тудырушы көзінен алыстағанда азая береді. Біртекті жартылай өткізгіште электр және магнит өрістері жоқ кезде, рекомбинация әсерінен тепе-теңсіз заряд тасымалдаушалардың концентрациясы е есе рет азаятын арақашықтық диффузиялық ұзындық деп аталады. Яғни заряд тасымалдаушының диффузиялық ұзындығы - тасымалдаушының өмір сүру уақытында диффузиялайтын орташа арақашықтығы. Тепе-теңсіз заряд тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты мен диффузиялық ұзындық төмендегі қатынаспен байланысады:
, .(52)
Заряд тасымалдаушының кезекті екі шашырау актілерінің арасында жүріп өтетін орташа арақашықтығымен анықталатын еркін жүріс жолының ұзындығын диффузиялық ұзындығымен шатастырмау маңызды.
20.Механизмы поглощения света полупроводниками.
Жартылайөткізгіштерде жарықтың жұтылу механизмі.
Жартылайөткізгіштерде жарықтың жұтылуының келесідей механизмдері бар:
1. Энергияның рұқсат етілген аумақтары (валенттік аумақ пен өткізгіштік аумақ) арасында электрондық өтулермен байланысты болатын меншікті немесе фундаменталды жұтылу.
2. Тыйым салынған аумақтағы рұқсат етілген аумақтар мен қоспалы деңгейлер арасындағы электрондық (немесе кемтіктік) өтулермен байланысты болатын қоспалы жұтылу.
3. Экситондық күйлердің пайда болуымен немесе ыдырауымен байланысты болатын экситондық жұтылу.
4. Сәйкес рұқсат етілген аумақтар немесе рұқсат етілген аумақтар жанындағы аумақтар ішіндегі электрондық (немесе кемтіктік) өтулермен байланысты болатын зарядтың еркін тасымалдаушыларымен жұтылу.
5. Кристаллдық тордың тербелуі арқылы жарық толқынының энергиясының жұтылуымен және осыдан торда жаңа фонондардың пайда болуымен байланысты болатын торлық (фонондық) жұтылу.
Жарықтың қатты дене электрондарымен әсерлескенде энергия мен импульстің сақталу заңдары орындалу керек. Бұл заңдардың сақталуына қойылатын талап әр түрлі электрондық (немесе кемтіктік) өтулермен байланысты болатын жарықтың жұтылуының барлық механизмдерінде фонондар қатысатындығына әкеледі.
21.Явление фотопроводимости.
Фотоөткізгіштік — электрмагниттік сәуле әсерінен заттың электр өткізгіштігінің өзгеруі. Фотоөткізгіштік электрмагниттік сәуленің жұтылуы нәтижесінде жартылай өткізгіштердегі немесе диэлектриктердегі электрондардың энергетикалық деңгейлерге тарала орналасуының өзгеруі салдарынан болады. Оның концентрациялық фотоөткізгіштік және қозғалғыштық фотоөткізгіштік деп аталатын түрлері бар. Мұның алғашқы түрінде түсірілген электрмагниттік сәуле әсерінен (электрондарды байланысқан күйден еркін күйге көшіру арқылы, валентті белдеуде кемтіктер санын, өткізгіштік белдеуде электрондар санын арттыру жолымен) заряд тасығыштардың ( HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD" \o "Электрон" электрондар, кемтіктер) концентрациясы артады. HYPERLINK "http://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD" \o "Электрон" Электрондар мен кемтіктердің қозғалғыштығы олардын энергиясына тәуелді болады. Ал сырттан түсірілген электрмагниттік сәуле бұл энергияның шамасын, яғни заряд тасығыштардың қозғалғыштығын өзгертеді. Мұның нәтижесінде заттың электр өткізгіштігі де (қозғалғыштық фотоөткізгіштік) өзгереді. Асқын өткізгіштерде байқалатын фотоөткізгіштік туннельдік эффектіге негізделіп түсіндіріледі. Фоторезисторлардың жұмыс әрекеті фотоөткізгіштік құбылысына негізделген. Техникада кеңінен қолданылыс тапқан Фотоөткізгіштік жартылай өткізгіштер: CTe, Sі, Se, CdS, CdSe, KnSb, CTaAs, PbS, т.б.
Жартылай өткізгіштердің фотоөткізгіштігі-жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігінің электромагниттік сәуле әсерінен арту құбылысы негізгі заттың, сондай-ақ ондағы қоспалардың қасиеттерімен байланысты. Бірінші жағдайда фотон энергиясы рұқсат етілмеген зона еніне тең немесе үлкен болса , онда электрондар валенттік зонадан өткізгіштік зонаға ауыстырылып қосымша электрондар (өткізгіштік зонада) және кемтіктер (валенттік зонада) пайда болады. Нәтижесінде электрондар мен кемтіктер туғызған меншікті фотоөткізгіштік пайда болады.
Егер жартылай өткізгіште қоспа болса, онда фотоөткізгіштік болғанда да пайда бола алады; донорлы қоспалы жартылай өткізгіш үшін фотон энергиясы ал акцептрлі қоспалы жартылай өткізгіш үшін . Сонымен меншікті жартылай өткізгіш үшін, қоспалы жартылай өткізгіштер үшін. Мұндағы –қоспалы атомдардың активация энергиясы.
23.Особенности контактных явлений в полупроводниках. Электропреобразовательные приборы, основанные на контактных эффектах. Шалаөткізгіштік контакт ерекшеліктері. Контактілік эффектіге негізделген электтүрлендіргіш құрылғылар
Жартылай өткізгішті металл контактісін қарастырайық. Контакт болған жағдайда әртүрлі комбинациялар (р және п-типті жартылай өткізгіш), металл және жартылай өткізгіштік шығысындағы термодинамикалық жұмыстардың  арақатынасы  болуы мүмкін. Осы арақатынастардың тәуелділігінен контакт облысында  үш күй пайда болады. Бірінші күй жартылай өткізгіштегі жалпақ зона шартына сәйкес, бұл жағдайда нейтралды контакт пайда болады. Екінші куй жартылай өткізгіштің сыртқы облысындағы  байытылу шартына сәйкес (р-типінде тесіктелген, п-типінде электронды), бұл жағдайда омитикалық контакт  пайда болады. Ал үшінші күйінде жартылай өткізгіштің сыртқы облысы негізі тасымалдаушылармен кедейленген, бұл жағдайда  контакт облысында жартылай өткізгіш жағынан акцепторлар немесе донорлардың ионды зарядтарының аумақтық облысы қалыптасады және блоктаушы контакт немесе Шоттки барьері пайда болады.Жартылай өткізгіштік құрылғыларда блоктаушы жартылай өткізгішті металл контактілері және кез-келген сыртқы қатты денелі термоэлектронды эмиссиялы ток Ричардсон теңдеуімен анықталатыны көрсетілген.П-типті жартылай өткізгішті металл контактісі үшін  ФМе металының шығысындағы  термодинамикалық жұмысы Фп/п жартылай өткізгіштің шығысындағы термодинамикалық жұмысынан кем болатын шартты таңдайық. Бұл жағдай теңдеуге сәйкес Jn/n жартылай өткізгіштік сыртындағы термоэлектронды эмиссиялық ток  металдың сыртқы термоэлектронды эмиссиялық тогынан көп болады. Осылайша жартылай өткізгішті металлконтактілерінде түзеткішті пайдалану күшті  жоғары жиілікті түзеткішті диодтарды  алуына  мүмкіндік береді. Осындай  диодтардың жиіліктік диапазон жұмысын жартылай өткізгішті металл нүктелік контакты қолдана отырып ұлғайтуға болады.СВЧ диодтары сантиметрлік және одан да қысқа радиотербелістер диапазонында жұмыс істеу үшін арналған, яғни 10 ГГц-тен 100ГГц жиіліктік облыста.Импульсті диодтар деп , 1 мкс оданда аз уақыттың  қосылуларында  жұмыс істей алатындарды  айтады.  Импульстік диодтарды аз уақытқа  созылған импульстердің  жұмыс істейтін схемадағы элементтер ретінде қолданады, сондықтан оларды қосқан кезде аз интеграциясына ие болуы керек. Импульстік диодтардың  құрамы мен параметрлері оларда болып жатқан процестермен анықталады. Тербелістерді күшейтү және генерациялау – транзисторлар Айнымалы токты түзету – диодтар Жылу және күн энергиясын электрлікке айналдыру – термо, фотоэлемен Электр энергиясын жарыққа айналдыру – лазерлер, жарық диодтары Температура датчиктері – термисторлар корпускулалар сәулелерінің датчиктері – фоторезисттар, дозиметрлер Қысым өлшеуіштер – тензодатчиктер Магнит өрісін өлшеу – Холл датчиктер
24. Металл-жартылайөткізгіш контактісіндегі құбылыс. Потенциалдардың контактты айырмасы.
24.Явления на контакте металл-полупроводник. Контактная разность потенциалов.Екі әртүрлі металл арасында контакт кезінде олардың арасында потенциалдардың контактты айырмасы деп аталатын потенциалдар айырымы пайда болады. Бұл құбылыс 1797 жылы итальяндық ғалым Алессандро Вольта (1745-1827) өзінің есімін алып жүретін екі заңды ашты және орнатты:
1. Екі әртүрлі металдар контактісінде олар арасында химиялық құрамы мен температурасына тәуелді болатын потенциалдар айырымы пайда болады;
2. бірнеше тізбектей жалғанған металл өткізгіштерінен жасалған, бірдей температурада болатын, өткізгіштер аралықтарына тәуелді емес және негізгі өткізгіштердің контактілі потенциалды айырымымен толық анықталатын, тізбектің ажыратылған соңғы бөліктер арасында потенциалдар айырымы болады. Вольта металдарды келесідей ретпен орналастырған: Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg,Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd және олар металлмен контактіге түскенде осы қатарда алдында тұрғандар оң зарядталады, ал екінші – теріс (Волта қатары деп аталатын) зарядталады.
Потенциалдардың контактілі айырмасының пайда болуы электрөткізгіштің классикалық теориясын түсіндіреді, соған сәйкес оның пайда болуының екі себебін көрсетеді:
1)металл электрондарының шығысының әртүрлі жұмысы;
2) еркін электрондар өткізгіштеріндегі әртүрлі концентрация;

Δφк – потенциалдардың контактілі айырымы
мұнда ΔE – n облысындағы электронға p облысына өте алатындай хабарды жеткізетін қосымша эгенргияның минималды саны, немесе дәл солай р зонасындағы кемтікке n зонасына өте алатындай хабарды жеткізетін энегияның қосымша саны.q – электрон заряды.
26. Металл-жартылайөткізгіш инжекциялаушы контакт.
26.Инжектирующий контакт металл-полупроводник.
Заряд тасымалдаушылар инжекциясы – жартылайөткізгіш облысында потенциалды барьердің биіктігін төмендеткен жағдайда, осы тасымалдаушылар негізгі емес болып табылатын заряд тасымалдаушылардың p-n өткелі арқылы енгізілуі.

27.Омический контакт металл-полупроводник. Омдық контакт-металл мен шалаөткізгіш арасындағы немесе екі шалаөткізгіш арасындағы сызықты симметриялы вольт-амперлік сипаттамалы контакт. Егер вольт-амперлік сипаттамасы ассиметриялы және сызықты емес болса, контакт түзетуші деп аталады(мысалы,Шотки баръері контакті). Омдық түзетуші емес контакт нәтижесінде шалаөткізгіштер мен металл өткізгіштердің электрлік бірігуі байқалады. Құрылғылардың параметрлері мен мінездемелері,жұмыс істеу мерзімі мен сенімділігі контактінің сапасына байланысты. Омдық контактінің негізгі талаптары:
Тікелей қосылу кезінде негізгі тасымалдаушылардың шалаөткізгішке инжекциялануын қамтамассыз етуі керек;
Кері қосылу кезінде негізгі емес заряд тасымалдаушылардың шалаөткізге инжекцияланцна кедергі жасау;
Электрлік кедергісінің мәнінің аз болуы;
Сызықты вольт-амперлік сипаттамасының болуы қажет.
Омдық контакт болуы үшін n типті шалаөткізгіштің шығу жұмысы металдың шығу жұмысынан көп болуы қажет:
Аш> АмБұл кезде электрондар металдан шалаөткізгішке ауысады. Электрондардың концентрациясы артады.
p-типті шалаөткізгіш үшін:
Аш<АмЭлектрондар металдан шалаөткізгішке орын ауыстырады. Түзетілмейтін контактінің негізгі ерекшелігі-негізгі заряд тасымалдаушылардың байтылған қабаттарының болуы.
Контакт кедергісі түзетуші контактідегідей баръермен емес, шалаөткізгіштің нейтралды қабатымен анықталады. Баръердің биіктігі өте аз болса қанығу тоғының мәні жоғары болады, яғни тура және кері қосылу кезінде кедергі мәні аз болғандықтан бұл Омдық контактіге жатады.
28.Контакт электронного и дырочного полупроводников. Электронно-дырочный переход. Его параметры.Жартылайөткізгіш екі көршілес облыстарының арасында шекара, олардың бірі n-типті өткізгіштікке ие, ал екіншісі р-типті, электронды-кемтіктік өткел (p-n-өткел) деп аталады. Олар көптеген жартылайөткізгішті құрылғылардың негізі болып табылады. Кең қолданылатындары жазықты және нүктелі p-n өткелдері.
Жазықты p-n өткел p және n типтегі екі жартылайөткізгіштің шекарасында кристалл көлемінде қабатты-контактілі элементті көрсетеді (1(а)-сурет).
Жартылайөткізгішті құрылғылар өнідірісінде және интегралдық микросхемаларда р+- n немесе р- n+ өткелдері қолданылады. «+» индексі берілген монокристалл облысында үлкен электрөткізгіштікті көрсетеді.

1-сурет. жазықты (а) және нүктелі (б) p-n өткелі
Жазық p-n өткелдің физикалық процестерін қарастырайық (2-сурет). n-типті жартылайөткізште электрондар концентрациясы p-типті жартылайөткізгішке қарағанда айтарлықтай көп, және, керісінше, p-типті жартылайөткізгіште кемтіктер концентрациясы жоғары, жартылайөткізгіштер бөліктері шекарасында кемтіктер концентрациясы dp/dx және электрондардың dn/dx концентрациясы арасында деңгей айырмасы (градиент) пайда болады. Бұл электрондардың n облыстан р облысқа және кемтіктер қарама-қарсы бағытта диффузионды ауыспалылықты тудырады. Диффузионды токты құрайтын кемтіктер мен электрондар тығыздығы негізгі тасымалдаушыларға негізделген мына формуламен анықталады:
(1)

Мұндағы Dn және Dp – электрондар мен кемтіктерге сәйкес диффузия коэффициенті.
2-сурет. p-n өткелдің құрылымы
p-n ауысуының параметрлері:
а) эффективные плотности состояний для зоны проводимости и валентной зоны


б) собственная концентрация

в) положение уровня Ферми




29. Жұтылу кезіндегі электронды-кемтіктік өткел. р-n өткелінің вольт-амперлік сипаттамасы.
29.Электронно-дырочный переход при смещении. Вольт-амперная характеристика р-n перехода
Жартылайөткізгіш екі көршілес облыстарының арасында шекара, олардың бірі n-типті өткізгіштікке ие, ал екіншісі р-типті, электронды-кемтіктік өткел (p-n-өткел) деп аталады. Олар көптеген жартылайөткізгішті құрылғылардың негізі болып табылады. Кең қолданылатындары жазықты және нүктелі p-n өткелдері.
Жазықты p-n өткел p және n типтегі екі жартылайөткізгіштің шекарасында кристалл көлемінде қабатты-контактілі элементті көрсетеді (1(а)-сурет).
Жартылайөткізгішті құрылғылар өнідірісінде және интегралдық микросхемаларда р+- n немесе р- n+ өткелдері қолданылады. «+» индексі берілген монокристалл облысында үлкен электрөткізгіштікті көрсетеді.

1-сурет. жазықты (а) және нүктелі (б) p-n өткелі
Жазық p-n өткелдің физикалық процестерін қарастырайық (2-сурет). n-типті жартылайөткізште электрондар концентрациясы p-типті жартылайөткізгішке қарағанда айтарлықтай көп, және, керісінше, p-типті жартылайөткізгіште кемтіктер концентрациясы жоғары, жартылайөткізгіштер бөліктері шекарасында кемтіктер концентрациясы dp/dx және электрондардың dn/dx концентрациясы арасында деңгей айырмасы (градиент) пайда болады. Бұл электрондардың n облыстан р облысқа және кемтіктер қарама-қарсы бағытта диффузионды ауыспалылықты тудырады. Диффузионды токты құрайтын кемтіктер мен электрондар тығыздығы негізгі тасымалдаушыларға негізделген мына формуламен анықталады:
(1)

Мұндағы Dn және Dp – электрондар мен кемтіктерге сәйкес диффузия коэффициенті.
2-сурет. p-n өткелдің құрылымы
Кемтіктің формулада (1) электрлік заряды электронның электрлік зарядына тең етілген, бірақ қарама-қарсы таңбада, ал «-» таңбасы dp/dx и dn/dx кезінде диффузияның концентрацияның азаю жағына кетіп бара жатқанын көрсетеді.
p-n өткелдің вольт-амперлік сипаттамасы (ВАС)
p-n өткелдің ВАС мына функциямен сипатталуы мүмкін.

мұнда IPN – бөлім шекарасы арқылы электрлік заряд тасымалдаушыларының қосынды тогы;
I0 - p-n өткелдің кері тогы;
U – өткелге салынған сыртқы кернеу көзі
K =1,38*10-23 Дж/град – Больцман тұрақтысы;
T – Кельвинде температуралар;
g – электрон заряды.
IпрUпрIобрUобрUпробобрIпрUпрIобрUобрUпробобр

 



Приложенные файлы

  • docx 553161
    Размер файла: 724 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий