5
temperaturda bu növ yarımkeçiricilərdə sərbəst elektronlar vardır. Lakin
yarımkeçiricilərdə bu elektronların konsentrasiyası metallara nisbətən çox azdır.
Yarımkeçiricilərin xassələri haqqındakı elmi öyrənmələr onların texniki
tətbiqi ilə sıx əlaqədar olaraq inkişaf etmişdir. Yarımkeçiricilər yeni-yeni sahələrdə
tətbiq edildikcə nəzəriyyə genişlənmiş və yeni material növləri öyrənilmişdir.
Bir sıra qiymətli qazıntı sərvətləri olan respublikamızda yarımkeçirici
minerallarının da böyük yataqları var. Yarımkeçiricilərin tədqiqi sahəsində
ölkəmizin tanınmış alimlərinin iştirakı ilə böyük tədqiqat işləri aparılır.
6
BIRINCI FƏSIL. NƏZƏRI HISSƏ
1.1. Yarımkeçiricilərin elektrik keçirməsinin sirri
Mis məftilinin atomlarının xarici elektronları «öz» atomlarının nüvələri ilə
olduqca zəif bağlıdırlar. Bu, o deməkdir ki, mis atomları müəyyən şəraitdə
özlərinin elektronlarından birini və hətta bir neçəsini asanlıqla itirə bilərlər. Bu hal
metallı başqa bərk cisimlərdən fərqləndirən xüsusiyyətlərdən birincisidir. Onda
belə atomlar daha neytral olmayıb, müsbət yüklü iona çevrilirlər. Deməli, buradan
görünür ki, metallar müsbət ionlardan və onları əhatə edən külli miqdarda sərbəst
elektronlar dəstəsindən qurulmuşdur.
Tamamilə aydındır ki, bu sərbəst elektronlar metalın müəyyən bir ionuna
məxsus olmayıb, onların bütün məcmusuna aiddir. Tam sərbəstləşmiş bu
elektronlar metalın daxilində istənilən istiqamətə doğru səyahət edə bilirlər.
Müsbət ionların məcmusu ilə qarşılıqlı təsirdə olan bu sərbəstlənmiş ionlar
elə bil ki, metalın kristal qəfəsini sementləşdirir, onun dayanıqlığını təmin edir.
Onu parçalanmağa qoymur və eyni zamanda özləri də metallı tərk edib xaricə çıxa
bilmirlər.
Bütün metalların vaphid həcmlərindəki sərbəst elektronların sayı təxminən
10
22
sm
3
-ə bərabər olub, heç bir xarici faktorlardan – temperaturdan, təzyiqdən,
rütubətdən, aşqarlardan və s. asıdı deyildir. Bu, metallı başqa bir bərk cisimlərdən
fərqləndirən əsas xüsusiyyətlərdəndir. Metalların keçiriciliyinin fiziki mahiyyətini
sadələşdirilmiş şəkildə aydınlaşdıraq.
Bir-birinin yanında təqribən kip yerləşdirilmiş külli miqdarda arakəsmələrə
kiçik özəkli qəfəslərə bölünmüş borunu xəyalımıza gətirək. Qəfəsin özəklərinin hər
birində bir atom yerləşdirək. Onda bütöv bir çubuq alınacaqdır. Indi bir anlığa
çubuqdakı qəfəsləri yadımızdan çıxaraq. Fikrən borunu «elektron» qazı ilə
dolduraq. Onda biz asanlıqla inanarıq ki, metalda sərbəst elektronları tamamilə
küləksiz havada qarmaqarışıq hərəkət edən ağcaqanad dəstəsinə bənzətmək olar.
7
Hər bir ağcaqanad yuxarı və aşağı, irəli və geriyə hərəkət etməkdə sərbəstdir.
Onlar mürəkkəb və dolaşıq yollarla hərəkət edə bilərlər. Lakin dəstə bütbvlükdə
götürüldükdə yerinə sayır.
Elektrik sahəsi tətbiq etmədikdə metallik keçiricilərdə elektronların istilik
hərəkəti təxminən belədir. Tutaq ki, qiymət və istiqamətcə sabit surətdə malik olan
külək əsməyə başlamışdır. Bu halda ağcaqanad dəstəsi öz daxilində xaostik
hərəkətini saxlamaqla bərabər, həm də küləyin əsmə istiqamətində yerini
dəyişdirməyə başlayacaqdır. Küləyə qarşı uçan ağcaqanadların sürəti azalacaqdır,
külək istiqamətində uçanlarınkı isə artacaqdır. Küləyin gücü nə qədər böyük
olarsa, dəstənin bütövlükdə istiqamətlənmiş hərəkət sürəti də bir o qədər böyük
olacaqdır.
Qeyd etmək lazımdır ki, əgər metallı sabit elektrik mənbəyinin qütbləri
arasına daxil etsək, onda onun daxilindəki sərbəst elektronlarda təxminən belə bir
hadisə baş verəcəkdir. Elektrik sahəsinin təsiri altında o, küləyin rolunu idarə edir,
elektronlar nizamsız istilik hərəkətində iştirak etməklə yanaşı, həm də keçiricinin
bir başından o biri başına yola düşürlər. Bu halda elektrik cərəyanı, yəni elektrik
yüklərinin istiqamətlənmiş hərəkəti meydana çıxır.
Biz yuxarıda dedik ki, metallar həm də yüklü ionlardan təşkil olunmuşlar.
Onda müsbət yüklü ionlar öz yüklərini dəyişdirirlər. Çünki, bu halda elektrik
sahəsinin təsiri altında keçiricinin özü hərəkət etməli olardı. Nüvələr isə
maddələrin əsas kütləsini təşkil edirlər. Digər tərəfdən, elektron nüvədən təxminən
2000 dəfə yüngüldür, ancaq onların elektrik yükləri bərabərdir. Deməli, elektrik
sahəsi nüvələrə nisbətən elektronları 2000 dəfə asan hərəkətə gətirə bilər.
Müasir fizika yuxarıda gətirdiyimiz faktları ümumiləşdirərək belə bir
nəticəyə gəlmişdir ki, metallarda elektrik cərəyanını elektronların istiqamətlənmiş
hərəkəti yaradır.
Yarımkeçiricilərdə də cərəyanı həmçinin yüklü elektronlar daşıyırlar.
Yarımkeçirici materiallarda metalda olduğu kimi, müsbət yüklü nüvələrdən və
8
onları əhatə edən az miqdar elektronlarla bağlıdırlar. Istilik yalnız nüvə və
elektronların enerjisini artırır. Onlardan bəziləri istidən o qədər böyük əlavə enerji
qazanır ki, hətta nüvələrin elektrik sahəsinin onu saxlamağa gücü çatmır.
Elektronu nazik ipə bağlanıb fırlanan daşa, ipi rabitə qüvvəsinə, fırlatma
sürətini isə temperatura bənzədək. Əgər daşı bərk fırlatsaq, onda ip qırılar və daş
uçub gedər. Yarımkeçiricilərdə də sərbəst elektronlar təxminən belə formada
yaranırlar. Lakin yarımkeçiricilərdə istilik bütün valent elektronların nüvələrinin
tabeliyindən qurtarmır. Burada nüvələrin əlindən qurtaran valent elektronları yalnız
nizamsız istilik hərəkətinə görə başqalarına nisbətən xeyli böyük enerjisi olan
elektronlardır.
Yarımkeçiricilərdə sərbəst elektronların miqdarını, metal elektronlarına
nisbətən
xeyli
böyük
enerjisi
olan
elektronlar
təşkil
edir.
Deməli,
yarımkeçiricilərdə sərbəst elektronların miqdarının metal elektronlarına nisbətən
min və milyon dəfə az olmasına və buna uyğun olaraq elektrik müqavimətinin bir
o qədər böyük olmasına da səbəb budur.
Əgər biz bu mülahizəyə görə mis oksidinin elektrik keçirməsinə aid riyazi
tənlik qurub, nəzəri hesablamalar aparsaq, onda nəticə bizi təəccübləndirəcəkdir.
Lakin elektrik keçirməni hesablamadan alınan qiymət təcrübədə müşahidə olunan
həqiqi qiymətdən iki dəfə az alınar. Bu məqsədlə mik oksidinin sağ ucunu elektrik
batareyasının müsbət qütbünə, sol ucunu isə mənfi qütbünə bağlayaq.
Tutaq ki, xarici təbəqənin elektronlarından biri müəyyən səbəbdən təkan
almışdır. Bu zaman rabitə pozulur və elektron sərbəstləşir. Sərbəstləşmiş elektron
elektrik sahəsi qüvvəsinə məruz qalıb, sağa tərəf yerini dəyişdirir. Elektronun
olduğu yer yalnız bir anlığa boş qalır. Lakin keçən elektronun yerini o saat başqa
elektron – sol qonşusundakı atomun xarici təbəqəsindəki elektron tutur. «Köçən»
bu elektron, ümumiyyətlə böyük enerjiyə malik deyildir. O, heç bir güclü zərbə də
almamışdır, sanki elekrik sahəsinin zəif əsən küləyi sadəcə olaraq onu biry erdən
başqa qonşu yerə sürüşdürmüşdür. Bu keçiddən sonra həmin b usol atomda boş yer
Dostları ilə paylaş: |