Bərk cismin zona nəzəriyyəsinin əsasları. Enerji zonaları
Zona nəzəriyyəsi yarımkeçiricilərin kəmiyyətcə təhlilinin əsasını təşkil edir. Hər hansı tədric olunmuş atom elektronlar üçün icazə verilmiş diskret enerji spektri ilə xarakterizə olunur (şəkil 2.1). Enerjinin qiyməti artdıqca ardıcıl yerləşmiş enerji səviyyələri arasında məsafələr azalır.
Enerji spektrinin "tavanı" ionlaşma səviyyəsidir ki, bu səviyyədə elektron sərbəst olur və atomu tərk edə bilir. Dolu səviyyələr atomun elektron örtüyünü təşkil edir və onları 1,2,3... rəqəmləri ilə işarə edirlər. İkincidən başlayaraq örtüklər alt örtüklərə (2s,2r,3s,3p,4s,4p) bölünür. Elektronla dolu örtüklərin və alt örtüklərin sayı elementin sıra nömrəsindən asılı olur. Həyacanlanmamış atomda xarici səviyyələr həmişə boş olur. Bərk cisimdə atomlarara- sı məsafələr çox kiçik olduğundan cismin atomları biri- birilə qüvvətli qarşılıqlı təsirdə olur. Bərk cismin hər hansı bir hissəsində bütün atomlar toplusunu bir vahid iri molekul kimi təsvir etmək olar.
Bu molekul da atom kimi bütöv cisim üçün vahid olan hər hansı bir enerji spektri ilə xarakterizə olunur. Bu spektrin xüsusiyyəti ondadır ki, o diskret icazə verilmiş zonalardan ibarət olur. Hər bir zonanın mənşəyi uyğun atom səviyyəsidir ki, bu səviyyədə atomlar bir-birinə yaxınlaşanda elə bil ki, parçalanır (şəkil 2.2).
Beləliklə, atomlararası məsafəsi r0 olan kristal üçün müəyyən zona diaqramı əldə edilir. Bu diaqramda icazə verilmiş zonaların ardınca qadağan olunmuş zonalar gəlir (şəkil 2.3). Bu zonaların eni bir neçə elektronvolt (eV) həddində olur və bərk cisimdə atomların sayından (cismin ölçülərindən) asılı olmur.
İcazə verilmiş zonalar diskret struktura malik olurlar və onların səviyyələrinin sayı cisimdəki atomların sayma bərabərdir. Hər hansı bir kiçik həcmdə atomların sayı o qədər böyükdür ki, real şəraitdə zonaların səviyyələri arasındakı energetik səviyyələr
-dan yüksək olmur. Ona görə də icazə verilmiş zonaların bütöv olduğunu qəbul etmək olar.
Atomun alçaq enerji səviyyələri adətən zona təşkil etmir, çünki daxili elektron örtüklərinin bərk cisimdə qarşılıqlı təsiri çox zəifdir (onlar xarici örtüklər tərəfindən ”ek- ranlanmışlar”- aralanmışlar). Buna görə alçaq səviyyələr zona diaqramında qırıq xətlə göstərilir və hər qırıq xət bir atoma uyğun gəlir (şəkil 2.2 ).
Bir çox hallarda icazə verilmiş zonalar bir-birinin üzərinə düşür və bu halda onların arasında qadağan olunmuş zona mövcud olmur. Bu yalnız spektrin yuxarı hissəsində baş verir, çünki ayrıca atomda yuxarı səviyyələr bir-birinə çox yaxın yerləşir. Bunun nəticəsində bərk cismin enerji spektri vahid yuxarı zonaya və hər hansı bir son saylı (səviyyələrin sayından fərqli olaraq) zonaya malik olur.
Bərk cisimdə keçiricilik o vaxt yaranır ki, elektron qonşu daha yüksək enerji səviyyəsinə keçə bilsin. Deməli, keçiricilikdə yalnız azad səviyyələri olan zonaların elektronları iştirak edə bilər. Belə azad zonalar yuxarı icazə verilmiş zonalarda həmişə mövcud olur, çünki izolə edilmiş atomda yüksək səviyyələr heç vaxt dolu olmur.
Ona görə bərk cismin mütləq sıfır temperaturda elektronlarla tutulmayan (və ya tam tutulmayan) zonasına keçiricilik zonası deyilir. Bu zonaya ən yaxın yerləşən zonaya valent zonası deyilir. Mütləq sıfır tempraturda valent zonası tamamilə elektronlarla dolu olur və bu zonanın elektronları keçicirilikdə iştirak etmir. Aşağıda görəcəyik ki, sıfırdan fərqli tempraturda valent zonasında azad səviyyələr yarana bilər və bu isə keçiriciliyin dəyişməsinə səbəb ola bilər. Beləliklə, kristalın keçiriciliyini iki qonşu zona (valent və keçiricilik) müəyyən edir.
R.Hümbətov - Elektronika