Лекция 1,2 Қатты денелердің зоналар теориясы

жүктеу 0,61 Mb.

бет	8/15
Дата	29.01.2023
өлшемі	0,61 Mb.
	#41057
түрі	Лекция

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 15

дәріс

Лекция 15-16
Шығу жұмысы

Электронды қатты денеден ажыратып шығару үшін энергия жұмсау керек. Бұл дегеніміз қатты дененің сыртқы бетінен электрон ажыралып шығу үшін энергетикалық барьер (тосын) бар дегенді білдіреді. Сол себепті электрон қатты денеден ажыралып шығу үшін осы барьерді (тосынды) жеңуі керек. Ол үшін электронның энергиясы осы барьер энергиясына тең немесе одан үлкен болуы керек. Барьердің кедергісін жеңіп шығатын электрондардың саны артады, егер қатты дененің температурасы артатын болса. Электрондардың заттардан ажыралып шығуы жылулық энергиясы есебінен болатын болса, бұндай құбылысты термоэлектрондық эмиссия құбылысы деп атайды.

Қоздырылмаған жартылай өткізгіштен термоэлектрондық эмиссия құбылысы есебінен пайда болған токтың тығыздығын анықтайық. Ол үшін жартылай өткізгіштен потенциал барьерді жеңіп шығатын электрондардың санын білу керек. Мысалы жартылай өткізгіштен вакуумға ажыралып шыққан электрон энергиясын Е_а=Е_вумдеп қабылдайық. Онда электронды өткізгіштік зонаның ең төменгі деңгейінен вакуумға шығару үшін керек энергия тең болады (1-сурет). =E_a-E_c(1), мұнда -өткізгіштік зонаның ең жоғарғы деңгейімен вакуумды ажыратып тұрушы энергия. Бұл энергияны шын энергия немесе сыртқы шығу жұмысы деп атайды. Бұл шығу жұмысы қатты денедегі тыныштықтағы электронды, оның кинетикалық энергиясын өзгертпестен вакуумға шығаруға кететін энергияға тең.
E
E_aE_a

E_cE_c
----------------------F
n E

сурет

Жартылай өткізгіштен шығу жұмысы

Электрон тік бұрышты потенциалдық барьерді жеңу үшін оның кинетикалық энергиясы потенциалдық барьердің энергетикалық мәні -деп үлкен болуы керек, яғни (2), мұнда - электронның жылдамдығы, m- электрон массасы. Электрон жылдамдығы -дан + -ға дейін болған кристаллдың бірлік көлемдегі кванттық күйдің саны тең болады: (3).
Жартылай өткізгіштен шығып кететін электрондар саны тең болады: (4). Егер жартылай өтікізгіштен ажыралып шыққан электрондар қайтып жартылай өткізгішке түседі деп есептесек онда вакуумнан жартылай өткізгішке ағатын токтың тығыздығы тең болады: (5), мұнда _x вакуумнан жартылай өткізгішке бағытталған қозғалыстағы электрондардың жылдамдығы, dn – электрондардың саны. Егер электрондардың толық энергиясы екенін есепке алсақ (5)-ші теңдеуді былайша жазсақ болады: (6). Ток тығыздығы j-ді анықтау үшін мына қатынастан пайдаланылады: (7).
Егер (2)- теңдеуді есепке алсақ және _x – бойынша интегралдасақ мына теңдеуді аламыз: (8). (6), (7) және (8) теңдеулер негізінде термоэлектрондық эмиссия тогының тығыздығы тең болады:
(9), мұнда , ал (10). - жартылай өткізгіштен электронның термодинамикалық шығу жұмысы деп аталады. Ферми деңгейінің жартылай өткізгіштегі орны тәуелді болады температураға, табиғатына және қоспалардың концентрациясына. Олай болса электрондардың жартылай өткізгіштердегі термодинамикалық шығу жұмысы жоғарыдағы параметрлерге байланысты болады екен. (10)- теңдеуді пайдаланып түрлі жартылай өткізгіштер үшін термодинамикалық шығу жұмысын анықтайық.:
1) Меншікті жартылай өткізгіш үшін термодинамикалқ шығу жұмысы -тең болады:
(11), мұнда E_g –қоздыру энергиясы. (11)- теңдеу көрсетеді меншікті жартылай өткізгіштен шығу жұмысы тәуелді болады екен, тиым салынған зонаның еніне (мәніне), температураға және электрондар мен кемтіктердің массаларының қатынасына.
2) Әлсіз қоздырылған донорлы (n-типтік) жартылай өткізгіштен шығу жұмысы тең болады: (12).
3) Күшті қоздырылған донорлы (n-типті) жартылай өткізгіштен шығу жұмысы тең болады: (13)
4) Әлсіз қоздырылған акценторлы (р-типті) жартылай өткізгштен шығу жұмысы тең болады: (14)
5) Күшті қоздырылған акценторлы (р-типті) жартылай өткізгіштен шығу жұмысы тең болады: (15)
(12)-(15)- теңдеулерді салыстыратын болсақ кемтікті жартылай өткізгіштен (р-типті) электрондардың шығу жұмысы, электронды жартылай өткізгіштен (n-типті) шығу жұмысынан үлкен болады екен.

жүктеу 0,61 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 15