6.Локализованные состояния в запрещенной зоне полупроводника.

Егер жартылай өткізгіште донорлы не акцепторлы қоспалар бар болса, она тыйым салынған зонада локальді энергетикалық күйлер пайда болады. Жартылай өткізгішті жарықтандырғанда электрондардың қоспалы энергетикалық деңгейінен өткізгіштік зонаға өтуін бақылаймыз, яғни жұтылудың үздіксіз сызығы пайда болады. Осы әдіспен валенттік зонаның электроны жарықтандыру нәтижесінде акцепторлық деңгейге өтеді.

Кристалдағы қоспаның ионизациялай энергиясын бағалайық. Мысал ретінде германийдің кристалл торындағы донорлық қоспаны қарастырайық. Оның 4 валенттік электрондары коваленттік байланыс түзеді. 5-ші электронның қозғалыс сипаты протон өрісіндегі сутек атомының электрон қозғалысымен сәйкес келеді, бір ескеретін жағдай, ол – қоспа электроны диэлектриктік ортадағы оң зарядталған ионмен тартылады. Және сонымен қатар кристалдағы электронның эффективті массасы m^*_e еркін электронның массасымен сәйкес келмейді, содан Шредингер теңдеуінен донорлық қоспаның ионизациялау энергиясы келесі түрде болады:

m^*_e = m_о /4 және = 16, содан E_d = 0,01 эВ. Дәл осындай есептеу акцепторлық қоспа үшін де қолданылады. Сурьма мен алюминийге өткізілген тәжірибеге сәйкес E_d =0,0097 эВ және 0,01 эВ болып табылады.

 

 

7.Концентрация свободных носителей заряда в собственном полупроводнике. Закон действующих масс. Температурная зависимость концентрации носителей заряда.

Меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушылары валенттік аумақтан өткізгіштік аумаққа электрондарды қоздыру нәтижесінде пайда болады, концентрациялары тең электрон-кемтік еркін заряд тасымалдаушылар парасы пайда болады:

(2)

i-индексі (материалдың параметры меншікті екендігін білдіреді.

Меншікті жартылай өткізгіште заряд тасымалдаушыларының тепетеңді концентрациялары томендегі қатынастармен анықталады: және өткізгіштік аумақ пен валенттік аумақтағы күйлердің эффективті тығыздықтары, к- Больцман тұрақтысы, h-Планк тұрақтысы, EF- Ферми энергиясы.

Меншікті жартылай өткізгіш үшін электрондар мен кемтіктердің концентрацияларының көбейтіндісін қарастырайық. (2)-ші формуланы ескере отырып: (5) - ті

аламыз. Демек, меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушылары концентрацияларының көбейтіндісі Ферми деңгейінің орналасуына байланысты емес және берілген температурада белгілі жартылай өткізгіш үшін тұрақты шама болады: (7)

яғни берілген температурада меншікті жартылай өткізгіште еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы жартылай өткізгіштің тыйым салынған аумағының енінмен анықталады. Eg параметры үлкендеу болатын жартылай өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы азаятындығын (7) қатынасы көрсетеді.

Әсерлеуші массалар заңы: химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционал.

mА+nВ = С => υ = k* CmA*CnB немесе υ = k[A] m [B]n

Бөлме температурасындағы меншікті жартылай өткізгіштегі еркін заряд тасымалдаушыларының концентрациясы мен жартылай өткізгіштің тыйым салынған аумақ енінің шамасы арасындағы байланыс

Eg, эВ	10	5	3	2	1	0,75	0,5
ni, cм-3	10-65	10-35	10-6	102	1011	1013	1015

Кестеден Eg шамасы азайған кезде өткізгіштікке қатысатын электрондардың саны тез өсетіні және жартылай өткізгіштің валенттік электрондарының концентрациясына тең санға ұмтылатындығы байқалады.

Әдетте, бөлме температурасында жартылай өткізгіштегі меншікті заряд тасымалдаушыларының концентрациясы ni қоспалы заряд тасымалдаушыларының концентрациясына қарағанда әлдеқайда аз. Бірақ температураның өсуіне байланысты ni тез өседі және белгілі бір Ti температурасында меншікті заряд тасымалдаушыларының концентрациясы легирлеуші қоспасы заряд тасымалдаушыларының концентрациясымен теңеседі. Ti мәнінен төмен температурада жартылай өткізгіштегі заряд тасымалдаушылары концентрациясының температураға тәүелділігі босаң. Температура Ti мәнінен жоғарылағанда заряд тасымалдаушыларының концентрациясы экспонента бойынша өседі.

Массалар әсерлесуші заңы: Реакция өнімдерінің әсерлесуші массасының бастапқы заттарының әсерлесуші массасына қатынасы тұрақты шама.

 — активность веществ— стехиометрический коэффициент (для исходных веществ принимается отрицательным, для продуктов — положительным);

 — константа химического равновесия. 

Әсерлесуші масса: Химиялық реакцияларда идеалды газдар немесе идеалды ерітінділер үшін әсерлесуші масса деп – дәрежесі стехиометриялық коэффициенттерге сәйкес компонеттің концентрациясы (бастапқы заттар немесе реакция өнімдері), және де реакция өнімдерінің стехиометриялық коэффициенті оң, ал бастапқы заттардың стехиометриялық коэффиценті теріс. Нақты жүйелер үшін концентрация буланулығы немесе белсенділік концентрациясымен алмастырылады.