Yarımkeçiricinin aşqar keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

 Yarımkeçiricinin aşqar keçiriciliyi və onun temperaturdan asılılığı

Yarımkeçirici cihazların işi bir qayda olaraq aşqar keçiriciliyi hadisəsinə əsaslanır.

Əgər yarımkeçirici materialın tərkibində azacıq da olsa aşqar olarsa yarımkeçiricinin keçiriciliyi kəskin dəyişə bilər. Məsələn, germanium kristalına 10‘5% arsen əlavə

edilərsə, onun müqaviməti 200 dəfə azalar (keçiriciliyi

artar).

Germanium və silisium üçün aşqar rolunu 3 valentli alüminium, qallium, indium və 5 valentli fosfor, arsen və sürmə oynaya bilər. Aşqar əlavə edilərkən bu elementlərin atomları germanium və silisium atomlarını kristal qəfəsəsində əvəz edir. Onların valent elektronları əsas kristalın icazə verilmiş enerji

zonalarının sərhədindən yuxarı enerji səviyyələrinə malik olur. Ona görə də qadağan olunmuş zonada əlavə enerji zonaları əmələ gəlir. Aşqarlar yarımkeçiricinin elektrik xüsusiyyətlərini müxtəlif cür dəyişir. Əgər germaniuma aşqar kimi 5 valentli arsen əlavə edilərsə, o, germaniumun qonşuluqda yerləşən dörd atomu ilə kovalent əlaqə yaradar, onun 5-ci elektronu artıq (sərbəst) qalar (şəkil 3.4 a) və o, keçiriciliyin yaranmasında iştirak edə bilər. Bu halda keçiricilik zonasının aşağı hissəsinin yaxınlığında əlavə enerji səviyyəsi-donor səviyyəsi W a yaranır (şəkil 3.4 b).

Arsen üçün qadağan olunmuş zonanın eniolur. Ona görə normal otaq temperaturunda əksər aşqar atomları ionlaşa bilir. İonlaşma zamanı elektron kristalı tərk etmədiyindən yarımkeçirici neytral qalır. Beləliklə, əlavə edilən aşqar kristalın keçiricilik zonasında elektron artıqlığı yaradır. Belə aşqara donor aşqarı deyilir və bu cür aşqarı olan kristal isə n tipli yarımkeçirici adlanır (“negati- ve" sözündəndir). Belə yarımkeçiricidə kristal qəfəsəsinin aşqar atomu tərəfindən tutulmuş uclarında hərəkətsiz müsbət ionlar yerləşir, kristalın içərisində isə keçiricilik zonasının enerjisi qədər enerjiyə malik olan sərbəst elektronlar hərəkət edirlər. Əgər azad olmuş elektronlar ionların yaxınlığında qalırsa, onda mikrohəcm elektrik cəhətcə neytral olur. Elektron mikrohəcmi tərk edərsə orada müsbət fəza yükü yaranır.

Əgər kristala aşqar kimi 5 valentli element əlavə edilərsə, elektronların sayı deşiklərdən çox olur, çünki deşiklərin sayı aşqar əlavə ediləndən qabaq olduğu kimi məxsusi keçiriciliklə müəyyən edilir, n tipli yarımkeçiricidə elektronlar əsas, deşiklər isə qeyri-əsas yük daşıyıcıları hesab olunurlar.

Əgər germaniuma aşqar kimi 3 valentli indium əlavə edilərsə indiumun atomları kristal qəfəsəsinin uclarında ger- manium atomlarını əvəz edərlər. Bu halda 3 valentli indium atomuna bütün dörd qonşu germanium atomları ilə kovalent əlaqələri yaratmaq üçün bir elektron çatışmır. Bu o deməkdir ki, atomlararası əlaqədə və ya valent zonasında boş yer- deşik vardır (şəkil 3.5 a). Ona görə də valent zonasında bu halda artıq deşiklər əmələ gəlir. Həmin deşiklər asanlıqla qonşu Ge atomlarının elektronları ilə tutulduğundan indiumun atomları mənfi ionlara çevrilir. Qadağan edilmiş zonada valent zonasının yuxarı sərhədinin yaxınlığında enerji səviyyələri-akseptor səviyyələri Wa yaranır (şəkil 3.5 b). İndium üçün qadağan olunmuş zonanın eni  olduğundan otaq temperaturunda bu azad enerji səviyyələri asanlıqla elektronlarla tutulur, valent zonasında isə boş səviyyələr-deşiklər əmələ gəlir.

Üçvalentli aşqar əlavə ediləndə kristalda deşiklərin sayı elektronlardan çox olur. Bu halda yarımkeçiricidə deşik keçiriciliyi üstünlük təşkil edir, çünki elektronların sayı əvvəlki kimi məxsusi keçiriciliklə müəyyən edilir. Belə ya- rımkeçiricidə deşiklər əsas, elektronlar isə qeyri-əsas yük- daşıyıcıları hesab edilir. Artıq deşiklər əmələ gətirən aşqara "akseptor", bu cür yarımkeçiciriyə isə p tipli ("positive" sözündən) yarımkeçirici deyilir. Aşqarlı yarımkeçiricilərdə əsas yükdaşıyıcılarm bir hissəsi qeyri-əsas yükdaşıyıcıları ilə rekombinasiya edir. Əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiya- sı artdıqca belə rekombinasiya hadisələrinin ehtimalı da artır. Ona görə də qeyri-əsas yükdaşıyıcılarm konsentrasiyası həmişə aşağı olur. 

İndi isə yarımkeçirici kristala nə qədər aşqar əlavə edildiyini bir misalla araşdıraq.

Germaniumun l kub.sm həcmində 10 üstü 22 atom olur və 20°C- də 10 üstü 13 sərbəst elektron və o qədər də deşik əmələ gəlir. Görünür ki, yükdaşıyıcılarm sayı atomların sayının milyon və milyardda bir faizini təşkil edir. (Qeyd edək ki, metallarda sərbəst elektronların sayı atomların sayma yaxındır). Yarımkeçiricidə aşqar keçiriciliyinin üstünlük təşkil etməsi üçün lsm3 həcmdəki aşqar atomlarının sayı məxsusi yük daşıyıcılarının sayından çox olmalıdır. Məsələn, germanium üçün 20°C-də aşqar atomlarının sayı l kub.sm həcmdə 10 üstü 13-dən çox olmalıdır. Bu o deməkdir ki, germanium atomunun milyardına qarşı bir aşqar atomu əlavə olmalıdır. Buna baxmayaraq yarımkeçiricinin keçiriciliyinin xarakteri və qiyməti kəskin dəyişir. Aşqarlı yarımkeçiricidə ödənir. Rekombi- nasiya nəticəsində qeyri-əsas yük daşıyıcılarının sayının пi dən az olmasına baxmayaraq, aşqarlı yarımkeçiricidə yük- daşıyıcılarmm ümumi sayı məxsusi yarımkeçiricidəkindən (2nі ) çox olur. Bu isə aşqarlı yarımkeçiricinin müqavimətinin azalmasına gətirib çıxarır.

Aşqarın əlavə olunması keçiriciliyin temperaturdan asılılığının da dəyişməsinə gətirib çıxarır (şəkil 3.6). Əyridə I sahə alçaq temperaturlar üçün xarakterikdir. Burada kristal qəfəsinin rəqslərinin enerjisi-dən çox,-dən azdır. Bu temperaturlarda ancaq tək- tək (yüksək enerjisi olan) elektronlar valent zonasından keçiricilik zonasına keçə bilər. Buna görə I sahədə məxsusi keçiriciliklə əlaqədar olan keçiricilik nəzərə alınmır və kristalın elektrik keçiriciliyi donor səviyyəsindən keçiricilik zonasına keçən elektronlarla müəyyən edilir. "A" nöqtəsi o temperatura aiddir ki, onda bütün aşqar elektronları keçiricilik zonasına keçmişdir, ancaq kristal qəfəssinin uclarının rəqs enerjisi hələ də elektronları valent zonasına keçirmək üçün kifayət deyil. Ona görə temperaturun müəyyən diapazonunda (II sahə) elektronların konsentrasiyası (keçiricilik) sabit olur, "B" nöqtəsində qəfəsənin uclarının rəqs enerjisi-dən çox olur və III sahədə məxsusi keçiricilik mexanizmi üstünlük təşkil etməyə başlayır. Baxılan asılılıq n tipli yarımkeçirici üçün çəkilmişdir.

R. Hümbətov: Elektronika 1 ci hissə