Nə etmək lazımdır

2.2. Yarımkeçiricilər haqqında ümumi məlumatlar
Yarımkeçiricilərə çoxlu sayda müxtəlif maddələr aiddir. Kimyəvi elementlər arasında bunlara misal olaraq germaniumu Ge, silisiumu Si, arseni As, boru B, fosforu P, seleni Se, -Sb sürməsinin -modifikasiyasını və s. göstərmək olar. Sadə birləşmələr arasında qallium arsenidi GaAs, indium antimonidi InSb, silisium karbidi SiC, sink sulfidi ZnS və s. xatırlanır. Maraqlıdır ki, bir sıra üzvi birləşmələr (benzol, naftalin və s.) də yarımkeçirici xüsusiyyətlərə malikdir.
Bütün kristallik maddələrin (xüsusilə, yarımkeçiricilərin) elektrik keçiriciliyi onlarda aşqarların mövcud olmasından əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Aşqarsız yarımkeçirici məxsusi yarımkeçirici adlanır. Mütləq sıfırda belə keçiricidə sərbəst yük daşıyıcıları olmur və o, elektrik cərəyanı keçirmir. Ancaq temperaturun artması ilə kristal qəfəsin atomları arasındakı kovalent rabitə dağılır. Bununla yanaşı, eyni zamanda keçiricilik zonasında sərbəst elektron, valent zonasında isə deşiklər əmələ gəlir. Onlar xarici elektrik sahəsinin təsiri altında hərəkət edərək, cərəyan yarada bilirlər. İstiliyin təsiri altında elektron-deşik cütlərinin yaranması prosesi termogenerasiya adlanır. Məxsusi yarımkeçiricidə sərbəst elektronların və deşiklərin konsentrasiyaları eyni olur. İstilik mənşəli daşıyıcılar cütü ilə şərtlənən məxsusi yarımkeçiricinin keçiriciliyi də məxsusi keçiricilik adlanır. Məxsusi yarımkeçiricini xarakterizə edən kəmiyyətlərin ifadə edilməsi üçün i indeksi (ing. dilində intrinsic – xas olan, daxili) istifadə edilir. Məxsusi yarımkeçiricidə Fermi səviyyəsi qadağan olunmuş zonanın tam ortasında yerləşir (bax: şəkil 2.1,b)
Aşqar atomlarının olması ilə şərtlənən keçiricilik aşqar keçiriciliyi adlanır. Praktiki olaraq elektron texnikasında istifadə olunan bütün aşqarlar əvəzetmə aşqarlarıdır. Bununla yanaşı, yarımkeçiricinin monokristalına tətbiq edilmiş “yad” atom kristal qəfəsin qovşağında “doğma” atomun yerini tutur.
Əgər aşqar atomlarının valentliyi ilkin materialın atomlarının valentliyindən böyükdürsə, onda artıq cütləşməmiş elektron istiliyin təsiri nəticəsində asanlıqla açılır və məxsusi elektron keçiriciliyinə əlavə edilərək, sərbəst elektrona çevrilir. Keçiricilik zonasının “dibi” yaxınlığında belə aşqar tətbiq edildikdə, əlavə (aşqar) zona yaranır ki, hətta ən aşağı intensivlikli istiliyin təsiri nəticəsində buradan elektronlar keçiricilik zonasına “atıla” bilər. Nəticədə materialın keçiriciliyi əsəs etibarilə elektron xarakter alır. Belə yarımkerçiricilər n-tipli (ing. dilində negative – mənfi, elektronun yükü nəzərdə tutulur) yarımkeçiricilər, elektrikkeçirmənin elektron xarakterini təmin edən aşqarlar isə donor aşqarlar adlanır (şəkil 2.2,a). Aydındır ki, n-tipli yarımkeçiricilərdə Fermi səviyyəsi aşqar zonasından bir qədər aşağıda yerləşir.

Şəkil 2.2. Donor (a) və akseptor (b) tipli aşqar yarımkeçiricilərin zona diaqramları

Şəkil 2.3. Keçiricilərin (a) və yarımkeçiricilərin (b) müqavimətinin temperatur asılılıqları

Əgər aşqar atomlarının valentliyi ilkin materialın atomlarının valentliyindən kiçikdirsə, energetik dayanıqlı buludun tamamlanması üçün çatışmayan elektron yaxın qonşuların birindən onun valent rabitəsini qırmaqla, “borc” götürülür. Nəticədə aşqar atomu kompensasiya olunmamış mənfi yüklü hərəkətsiz iona çevrilir, doldurulmamış rabitənin yerində isə deşik əmələ gəlir. Bu deşiyə elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, o, kristal üzərində hərəkət edərək, cərəyan əmələ gətirir. Əgər belə kristala elektrik sahəsi verilərsə, onda deşik kristal boyunca istiqamətlənmiş cərəyan yaradır. Nəzəri nöqteyi-nəzərdən belə vəziyyət valent zonasının “tavanı” yaxınlığında aşqar zonanın yaranmasına səbəb olur (şəkil 2.2,b). Bu zaman elektronlar valent zonasından aşqar səviyyələrə asanlıqla keçə bilir. Aşqar təbiətli deşiklər tam termodinamik mənşəli məxsusi deşiklərə əlavə olunur ki, bunun nəticəsində materialın keçiriciliyi əsasən deşikli olur. Belə yarımkerçiricilər p-tipli (ingilis dilində positiv – müsbət, deşiyin yükünün işarəsi nəzərdə tutulur) yarımkeçiricilər, elektrikkeçirmənin deşikli xarakterini təmin edən aşqarlar isə akseptor aşqarlar adlanır. p-tipli yarımkeçiricilərdə Fermi səviyyəsi aşqar səviyyəsindən bir qədər yuxarıda yerləşir.

Aşqar elektrikkeçirmə mexanizmi məxsusi keçiriciliyi istisna etmir, lakin əksər hallarda aşqar keçiriciliyin qiyməti məxsusi keçiricilikdən dəfələrlə böyük olur.
Keçiricilər və yarımkeçiricilər elekttrikkeçirmənin temperatur asılılığı xarakterinə görə bir-birindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənirlər. Keçiricilik (və ya ona əks olan kəmiyyət – müqavimət) sərbəst daşıyıcıların konsentrasiyası və hərəkətliliyi ilə təyin edilir. Keçiricilərdə daşıyıcıların konsentrasiyası temperaturdan asılı olmur, qüsurlarda daşıyıcıların səpələnməsinin artmasına görə temperaturun artması ilə isə hərəkətlilik azalır. Nəticədə keçiricilərin müqaviməti temperaturun artması ilə olduqca zəif (praktiki olaraq xətti) artır (şəkil 2.3,a).
Temperatur artdıqda, yarımkeçiricilərdə (həm məxsusi, həm də aşqar) sərbəst daşıyıcıların konsentrasiyası eksponensial qanun üzrə artır ki, yarımkeçiricilərin müqavimətinin kəskin temperatur asılılığı da bununla izah olunur (şəkil 2.3,b).
Yarımkeçiricilərin müqavimətinin kəskin temperatur asılılığı onları yüksək həssaslıqlı temperatur vericiləri qismində istifadə etməyə imkan verir. Təəssüf ki, belə vericilər iki mühüm çatışmazlıqla – qeyri-xəttilik və olduqca dar işçi temperatur diapazonu ilə müşayiət olunur.

3.