Лекция 1,2 Қатты денелердің зоналар теориясы

жүктеу 0,61 Mb.

бет	11/15
Дата	29.01.2023
өлшемі	0,61 Mb.
	#41057
түрі	Лекция

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 15

дәріс

Лекция 21-22
Металл- жартылай өткізгіш түйісіндегі түзету (түзеткіштік)

Металл – донорлы жартылай өткізгіш түйісін қарастырған кезде Ф_m>Ф_nшарты орындалады. Мұнда Ф_m- электронның металлдан шығу жұмысы, Ф_n- донорлы жартылай өткізгіштен электронның шығу жұмысы. Тепе-теңдік күйде түйісте зонаның иілуі пайда болады да жабушы қабат келіп шығады. Бұл қабат электрондардың кемейуіне алып келеді. Ал жартылай өткізгіштің өзінде еркін электрондардың концентрациясы тең болады:

(1), мұнда Е_с –жартылай өткізгіштің, өткізгіштік зонасының төменгі жағындағы энергетикалық деңгей. -жартылай өткізгіштегі Ферми деңгейі. Термодинамикалық тепе-теңдік кезінде Ферми деңгейі барлық структура үшін бірдей болады, яғни.
(2), мұнда - түйіс аумағындағы электрондардың потенциал энергиясы. - түйіс аумағындағы Ферми деңгейі, өткізгіштік зонаның төменінен есептегенде. Егер металл-жартылай өткізгіш түйісін ток көзіне қосатын болсақ ток ағады. Бұл кезде жартылай өткізгіштің тепе-теңдік күйі бұзылады да электрондардың концентрациясы Ферми деңгейінің күйімен анықталады:
(3), мұнда Ферми деңгейінің түйіс аумағындағы мәні. Бұл кезде түйіс аумағындағы еркін электрондардың концентрациясы тең болады:
(4). Онда ағып өтетін токтың тығыздығы тең болады. (5).
Егер потенциал және электрондардың концентрациясы арқылы сипаттайтын болсақ, онда:
(6). Бұл теңдеуді былайша түрлендіруге болады: (7), бұдан (7) және (4) салыстырып мына теңдеуді аламыз (8). Жартылай өткізгіштің 1 және 2 нүктелері арасындағы Ферми квазидеңгейінің өзгерісін анықтайық, яғни
(9), мұнда -меншікті өткізгіштігі , көлденең кесімі (қимасы) S, ұзындығы dx болған жартылай өткізгіштің кедергісі. (9)- теңдеуді интегралдап шықсақ, онда келіп шығады: (10). Олай болса (10) теңдеу көрсетеді, егер сыртқы кернеу көзі болатын болса Ферми квазидеңгейінің өзгерісі қойылған потенциалдар айырмасымен анықталады екен.
Енді металл-жартылай өткізгіш түйісінен ағатын токтың тығыздығын анықтайық. Ол үшін сыртқы кернеудің теріс таңбасы жартылай өткізгішке, ал оң таңбасы металлға қойылған болсын (бұл тура қосу). Бұл кезде қойылған барлық кернеу U кедергісі жоғары болған жартылай өткізгішке тура келеді. Осы кезде жартылай өткізгіш көлеміндегі Ферми деңгейі, Е_с –деңгейіне салыстырғанда тұрақты болып қалады, бірақ металлдағы Ферми деңгейіне салыстырғанда еU-шамаға ығысады. Олай болса металл- жартылай өткізгіш түйісіндегі потенциалдар айрымы U- ға кемиді және тең болады ( )-ға, нәтижеде жартылай өткізгіш тарапынан потенциал барьер кемиді, жүйедегі тепе-теңдік бұзылады да түйіс арқылы ток өте бастайды. Ток бағыты металлдан жартылай өткізгішке бағытталады, яғни j=j₁-j₂ (11). Бұл кезде (12), ал жартылай өткізгіштен металлға қарай бағытталған ток тең болады: (13). Олай болса түйістен ағып өтіп жатқан токтың нәтижесі тең болады: (14), мұнда (15)- тойынған ток деп аталады. Егер металл –жартылай өткізгіш түйісіне қойылатын сыртқы кернеудің таңбасын алмастыратын болсақ, яғни жартылай өткізгішке оң, ал металлға теріс таңбасын қойсақ, онда жартылай өткізгіш тарапындағы потенциал барьер, қойылған потенциалдар айрымына артады да түйістен ағатын ток тең болады: j= (16) келіп шығады.
Егер сыртқы кернеуді тура қойғанда U- шамасы оң болса, ал кері қойғанда Uшамасы теріс болады. Онда (14) және (16)-ды былайша жазсақ болады. (17).
(17) –көрсетеді егер U>0 болғанда түйістен ағатын ток кернеуге байланысты экспоненциальды артады, яғни тура ток, ал егер U<0 болғанда түйістен ағатын ток j_s –ке ұмтылады, яғни кері ток пайда болады. Олай болса металл-жартылай өткізгіш түйісі түзеткіштік қасиетке ие екен.

жүктеу 0,61 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 15