Ж
104
∑
ЖАЗЫҚТЫҚ – ЖЫЛУ ТАСЫҒЫШ
326
327
Жартылайөткізгіштердің металл өткізгіштерден
айырмашылығы температура артқанда олардың
электрөткізгіштігі және ол шама экспоненциалды
түрде артады: σ = σ
0
ехр(-
А
/kT). (1). Мұндағы
А
– өткізгіштіктің активтену энергиясы, σ
0
– коэф-
фициент (экспоненциалды өспейтін температураға
тәуелді). (1) формула жартылайөткізгіштердің
электрондары атомдармен, байланыс энерги-
ясымен
А
біркелкі байланысқанын білдіреді.
Температураның артуына байланысты жылулық
қозғалыс электрондардың және олардың
бөліктерінің байланысын үзе бастайды пропор-
ционал ехр(-
А
/kT) зарядтың еркін тасушылары
болады.
Электрондардың байланысын тек жылулық
қозғалыс қана емес, әртүрлі сыртқы әсерлер де:
жарық, тез қозғалушы бөлшектер ағыны, күшті
электрлік өрістер де үзе алады. Сол себепті жартылайөткізгіштер үшін олардың
электрөткізгіштігі сыртқы әсерлерге, сонымен қатар
қоспалардың қосылуына
да, кристалдардағы ақауларға да өте сезімтал болады. Жартылайөткізгіштердің
өткізгіштігін температураны арттыруымен және қоспалар үстемелеу арқылы
өзгерту мүмкіндігі бар.
(1) формула электрөткізгіштігі жоғары температурада елеулі болатын диэ-
лектриктерге қатысты болады. Жартылайөткізгіштер мен диэлектриктердің
айырмашылығы сапалы тұрғыға қарағанда сандық тұрғыда ғана болады. Дәлірек
айтатын болсақ, жартылайөткізгіштерді ерекше топтамай-ақ, металл емес
заттардың жартылайөткізгіштік күйі жайлы сөз етуге болады.
«Жартылайөткізгіштер» деген
ғылыми атауды қасиеттері бөлме
температурасында (300 К) ерекше
болатын жартылайөткізгіштерге,
мысалы, Ge және Si (германий
мен кремний) элементтері жата-
ды. Бұл элементтердің атомдары
4 валентті электрондардан алмас
типті
ковалентті байланысты
Валенттік зона (ақ дөңгелектер –
кемтіктер) және өткізгіштік зона
(қара дөңгелектер – өткізгіштік
электрондар);
g
–
тыйым салынған
зонаның ені;
с
– өткізгіштік
зонаның асты;
v
–
валенттік
зонаның төбесі
Әдетте негізгі материалға әдейі ендірілген электрон-
дар меншікті тасушылардан [кемтіктерден (А) және
электрондардан (Б)] едәуір артық болады.
Ж
104
∑
ЖАЗЫҚТЫҚ – ЖЫЛУ ТАСЫҒЫШ
328
329
кристалдық торлар құраған. Алмас та жартылайөткізгіштік қасиетке ие, бірақ та
оның
А
шамасы Ge мен Si-ге қарағанда едәуір үлкен, сол себепті оның өткізгіштігі
аз.
Қатты денелерде атомдар немесе иондар бір-біріне атом радиусындай
қашықтықта жақын орналасқандықтан, оларда бір атомның валенттік электрон-
дары екінші атомға үздіксіз ауысатын болады. Егер атомдардың электрондық
қабықшалары бір-бірін күшті бүркеп жабатын болса және электрондар атомдар
арасында тез ауысатын болса, электрондардың осындай ауысулары
коваленттік
байланыстың пайда болуына әкеп соқтырады.
Осы жайт толықтай Ge және Si үшін ортақ. Германийдің барлық атом-
дары бейтарап және бір-
бірімен коваленттік байланыс-
та болады. Бірақ та атомдар
арасындағы электрондар алма-
су тікелей электрөткізгіштікке
әкеп соқтырмайды, себебі
электрондық тығыздықтың
бүтіндей үлестірілуі қатаң түрде
орныққан: жақын көршілес
орналасқан атомдар жұбының
арасындағы байланысқа 2 элек-
троннан бөлінген. Өткізгіштік
тудыру үшін ең болмағанда бір
байланысты үзу қажет, ол үшін одан бір электронды ажыратып алып кристалдың
басқа бір барлық байланысы толтырылған ұяға ауыстыру керек, осы электрон –
а р т ы қ э л е к т р о н болады. Осындай электрон бұдан былай еркін түрде
бір ұядан екінші ұяға ауысатын болады (бұл ұялардың барлығы әлгілер үшін
эквивалентті болады), және де барлық жерде артық болып өзімен бірге а р т ы қ
т е р і с з а р я д т ы тасымалдайды, яғни ө т к і з г і ш т і к э л е к т р о н болады.
Үзілген байланыс кристалл бойынша а д а с қ а н к е м т і к болып шығады, күшті
алмасу жағдайында көрші байланыстың электроны ажырап кеткен электронның
орнына тез орналасатын болады. Бір байланыста электронның жетіспеуі атомда
а р т ы қ (немесе атомдар жұбында) о ң б і р л і к з а р я д т ы ң болуын білдіреді,
осы заряд кемтікпен бірге тасымалданады. Э л е к т р о н д а р және к е м т і к-
т е р – жартылай өткізгіштердегі е р к і н з а р я д т а с у ш ы л а р болып табыла-
ды. Иондық байланыс үзілген жағдайда электрондық қабықшаны толтыруы кем
n-типті жартылай өткізгіште (А) электрондар
ток көзінің оң полюсіне тартылады. Электрон
үлгінің теріс полюсінен шығып үлгінің оң полюсіне
ағатындықтан біршама оң зарядты сақтайды.
р-типті (Б) жартылайөткізгіште әлгіге ұқсас жайт
байқалады, бірақ та мұнда оң кемтік ток көзінің теріс
полюсіне тартылады.
