ОРЫТЫНДЫ. Өткізгіштер мен диэлектриктерден басқа, өткізгіштігі олардың аралығында жататын бір топ заттар бар

Ө ткізгіштер мен диэлектриктерден басқ а, ө ткізгіштігі олардың аралығ ында жататын бір топ заттар бар. Бұ л заттарды жартылай ө ткізгіштер деп атайды. Ө ткізгіштерден жартылай ө ткізгіштердің ең басты айырмашылығ ы, олардың электр ө ткізгіштігінің температурағ а тә уелділік сипаты арқ ылы. Ө лшеулердің кө рсетуі бойынша бірқ атар элементтердің (кремний, германий, селен жә не басқ алар) жә не қ оспалардың (РвS, CdS жә не басқ алар) меншікті кедергісі температура артқ ан сайын, металдардағ ы сияқ ты артпайды, керісінше, тө тенше кенет тө мендейді.

Жартылай ө ткізгіштердің ө ткізгіштігінің механизмін, оның ішкі қ ұ рылысы арқ ылы тү сіндіруге болады. Мысалы, кремний – тө рт валенттік элемент. Бұ л атомның сыртқ ы қ абатшасында, ядромен ә лсіз байланысқ ан, тө рт электрон бар екендігін білдіреді. Кремнийдің ә рбір атомының жақ ын кө ршілерінің саны да тө ртке тең. Кө рші атомдар жұ бының ө зара ә серлесуі электрондық жұ птар байланысының кө мегімен іске асады, мұ ны коваленттік байланыс деп атайды.

Кремнийдің электрондық жұ птар байланысы жеткілікті тү рде берік жә не тө менгі температура кезінде ү зілмейді. Сондық тан кремний тө менгі температурада электр тогын ө ткізбейді. Кремнийді қ ыздырғ ан кезде бө лшектердің кинетикалық энергиясы артады да, жеке байланыстардың ү зілуі басталады. Кейбір электрондар ө зінің байланыста тұ рғ ан кезіндегі орбитасынан ауытқ ып еркін кү йге кө шеді. Электр ө рісінде олар тордың тү йіндерінің арасында қ озғ алып, электр тогын тудырады.

Жартылай ө ткізгіштердің, онда еркін электрондарының болуы салдарынан ө ткізгіштігін, электрондық ө ткізгіштік деп атайды. Байланыс ү зілген кезде электрон жетіспейтін бос орын пайда болады. Оны кемтік деп атайды. Кемтікте, басқ а қ алыпты байланыстарғ а салыстырғ анда артық оң заряд болады. Кристалда кемтіктердің орны тұ рақ ты болып қ алмайды. Атомдардың байланысын қ амтамасыз ететін бір электрон, пайда болғ ан кемтікке секіріп кө шіп орналасады, ал ол электронның тұ рғ ан орнында жаң а кемтік пайда болады. Сонымен, кемтіктер бү кіл кристалл бойымен орын ауыстыруы мү мкін. Электр ө рісі болғ ан кезде кемтіктердің реттелген орын ауыстыруы болады, сонымен еркін электрондардың электр тогына, кемтіктердің орын ауыстыруымен байланысты электр тогы қ осылады. Кемтіктердің қ озғ алыс бағ ыты электрондардың қ озғ алыс бағ ытына қ арама қ арсы. Сонымен, жартылай ө ткізгіштерде зарядты тасымалдаушылардың екі типі болады: электрондар жә не кемтіктер. Демек жартылай ө ткізгіштер электрондық ө ткізгіштікпен бірге кемтіктік ө ткізгіштікке ие болады. Бұ л ө ткізгіштік механизмі таза жартылай ө ткізгіштер ү шін. Мұ ндай жағ дайдағ ы ө ткізгіштікті жартылай ө ткізгіштердің ө зіндік ө ткізгіштігі деп атайды.

Жартылай ө ткізгіштердің маң ызды ерекшелігі, онда қ оспалар болғ анда, ө зіндік ө ткізгіштікпен бірге қ осымша – қ оспалық ө ткізгіштік пайда болады. Қ оспалардың концентрациясын ө згерте отырып, оң жә не теріс таң балы зарядты тасымалдаушылардың санын едә уір ө згертуге болады. Мысалы, тө рт валенттілік элементке бес валенттілік элемент атомдарын ендірсе, онда бір электронның атоммен байланысы нашарлайды. Ол атомнан оң ай бө лініп шығ ып, еркін электронғ а айналады.

Электрондарын жең іл беретін, яғ ни еркін электрондардың санын кө бейтетін қ оспаларды донорлық қ оспалар деп атайды. Донорлық қ оспалары бар жартылай ө ткізгіштер электрондардың кө п санына ие болатындық тан, оларды n- типті жартылай ө ткізгіштер деп атайды. n- типті жартылай ө ткізгіштерде электрондар негізгі зарядты тасымалдаушыларғ а, ал кемтіктер – негізгі емес зарядты тасымалдаушыларғ а жатады.

Егер енді тө рт валенттік элементке ү ш валенттік элемент атомдарын ендірсе, онда кө рші атомдармен қ алыпты электронды жұ птық байланыс тү зу ү шін бір электрон жетіспей қ алады. Осының нә тижесінде кемтік пайда болады. Кристалдағ ы кемтіктердің саны қ оспа атомдарының санына тең. Мұ ндай текті қ оспаны акцепторлық деп атайды.

Электр ө рісі болғ ан кезде кемтіктер ө ріс бойымен орын ауыстырып, кемтіктік ө ткізгіштік пайда болады. Электрондық ө ткізгіштіктен кемтіктік ө ткізгіштігі артық жартылай ө ткізгіштерді р- типті жартылай ө ткізгіштер деп атайды. р- типті жартылай ө ткізгіштерде негізгі зарядты тасымалдаушыларғ а кемтіктер, ал негізгі емес тасымалдаушыларғ а электрондар жатады.

р – жә не n- типті жартылай ө ткізгіштердің тү йісу аймағ ын р-n ауысуы деп атайды. р-n ауысудың ерекше қ асиеті бар. Тү йіскен кезде электрондар жарым-жартылай n- типті жартылай ө ткізгіштен р- типті жартылай ө ткізгішке ө теді, ал кемтіктер – кері бағ ытта ө теді. Мұ ның нә тижесінде n- типті жартылай ө ткізгіш оң, ал р- типті теріс зарядталады. Электрондар мен кемтіктердің мұ нан ә рі орын ауыстыруларын жалғ астыра беруіне ауысу аймағ ында пайда болғ ан электр ө рісі қ арсылық жасағ анда диффузия тоқ талады.

Егер р-n ауысуғ а, р- типті жартылай ө ткізгіштің потенциалы оң, ал n- типті жартылай ө ткізгіштің потенциалы теріс болатындай етіп тізбекке жалғ астырса, онда р-n ауысу арқ ылы ток негізгі тасымалдаушылар есебінен жү реді: n- аймақ тан р- аймақ қ а – электрондармен, ал р- аймақ тан n- аймақ қ а – кемтіктермен. Осының салдарынан, барлық ү лгіде ө ткізгіштік жоғ ары, ал кедергі аз болады. Бұ л қ арастырылғ ан ауысу тура деп аталынады.

Егер потенциалды кері бағ ытта тү сірсе, онда тізбектегі ток едә уір аз болады. Бұ л кезде электрондар р- аймақ тан n- аймақ қ а қ арай, ал кемтіктер - n- аймақ тан р- аймақ қ а қ арай жү реді. Алайда р- типті жартылай ө ткізгіште еркін электрондар аз, ал n- типті жартылай ө ткізгіште кемтіктер саны аз. Бұ л кезде ауысу арқ ылы жү ретін ток, сандары аз, негізгі емес тасымалдаушылар арқ ылы іске асады. Осының салдарынан ү лгінің ө ткізгіштігі мә нсіз, ал кедергісі ү лкен болады. Бұ л ауысуды кері деп атайды.

р-n ауысудың қ асиетін айнымалы токты тү зету ү шін пайдаланады. Оғ ан арнап жасалғ ан қ ұ ралдарды жартылай ө ткізгіштік диод деп аталынады.

Екі р-n ауысудан жасалғ ан қ ұ ралды транзистор деп атайды. Транзисторларды негізінен ә лсіз кернеулерді кү шейту ү шін пайдаланады, оларды аз габаритті қ абылдағ ыштарда, радиоқ абылдаушы қ ондырғ ыларда электронды-есептеуші машиналарда пайдаланады.

Жартылай ө ткізгіштердің тағ ы бір қ асиетіне, онда жарық сә улесінің ә серінен электр қ озғ аушы кү штердің пайда болуы жатады. Оның бұ л қ асиетін жарық фотоэлементтерін жасау ү шін пайдаланады.