3-дәріс. Шалаөткізгіштік кұрылымдардың модельдері
жүктеу/скачать 14,44 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Коваленті байланыстың (КБ) моделі
- Электрондар мен кемтіктер
- Электрондар мен коваленттік байланыс (КБ)
|
3-дәріс. Шалаөткізгіштік кұрылымдардың модельдері Кейбір түсініктердің, идеялар мен елестер жиынтығын немесе белгілі бір математикалық тұрпатты (форманы) “модель” атауымен белгілеу келісілген. Физикалық құбылыстарды, олардың қасиеттерін модельдер көмегімен сипаттау, бір жағынан қисынды түсіндіруге мүмкіндік береді, ал екінші жағынын – кейбір ерекше жағдайларда, модель бұрын белгісіз жаңа ақиқаттарды (фактілерді) ашуға әкеліп соғады. Бұл атаудың жалпы анықтамасы осындай. Біздің бөлетін модельдердің қысқаша сипаттамаларын келтірейік. Ковалентті байланыстың (КБ) моделі қарапайым болғандықтан қолданылуы шектелген, ал құндылығы шалаөткізгіште жүретін тасымалдау тәсілін интуициялық деңгейде сипаттай алатындығында. Бұл модель кристалдық қатты денелердің ішіндегі физикалық тәсілдерді сапалық түрде қарастыруға мүмкіндік береді. Ал бұл жағдайда табылған мәліметтер математикалық тұрғыдан қатал зерттеудің алдындағы кезеңде өте қажет. Энергетикалық зоналар (ЭЗ) моделі ең жиі қолданылатындардың қатарына жатады, себебі шалаөткізгіш құрылымдардың ішіндегі тасымалдау құбылыстарын мөлшерлеп есептеу тұрғысынан қарастыруға мүмкіндік береді. Модель шимақтық немесе талдамдық түрлерінде қолданылады. Үстіртін қарастырған кезде әдетте КБ-моделінен бастап, соңынан ЭЗ-моделіне көшеді. Бұл жағдай шалаөткізгіштегі заряд тасымалдаушылардың – электрондар мен электрондық кемтіктердің (келешекте жай кемтіктер деп аталатын) қозғалу физикасын жан-жақты зерттеп тануға мүмкіндік береді. Математикалық модель кейбір физикалық болжауларға сүйеніп, олардың негізінде шалаөткізгіштік материалдар мен құрылымдардың ішіндегі құбылыстардың математикалық тұжырымдарын береді. Назария (теория) жүзіндегі зерттеулердің негізгі құрал-сайманы болып есептеледі. Ұқсастық (аналогтық) моделі немесе балама тәсім, ең көп таралған. Құндылығы – тәжірибе жүзінде пайдаланудағы ыңғайлылығында. Жалпы жағдайда токтар мен кернеулердің арасындағы байланыстары көрсетілген кейбір “қара жәшік” түрінде қарастырылады. Осы себептерден құрылымның ішіндегі физикалық құбылыстарға тек жанама қатысы бар. Коваленті байланыстың (КБ) моделі Құрылым ерекшеліктеріне байланысты қатты денелерді: аморф, поликристалл және монокристалл түрлеріне бөлуміз. Аморф заттардың белгілі бір құрылымы болмайды. Поликристалдар бөлек түйіршіктерден немесе шағын аймақтардан тұрады. Әр түйіршіктің анық білініп тұратын құрылымы бар, бірақ көршілес түйіршіктердің өлшемдері, олардың бағдарлануы мүлде ерекше. Кеңістікте атомдары реттеліп, кристалл торы деп аталатын үш өлшемді оралымды (периодты) құрылымды түзетін заттар – монокристалдар. Керекті қасиеттерді қамтамасыз ету үшін шалаөткізгіш құрылымдар мен ИТ-дер монокристалдардан жасалады. Олардаң арасындағы мәні ең зоры – кремний (Si) монокристалы. Қазіргі кезге дейін Si бәрінен жиі қолданылады. Монокристалдардың қайсысында болса да, заряд тасымалдау құбылыстарына елеулі әсер ететін құрылым ақаулары (дефектері) кездеседі. Ақаулар (мысалы, вакансиялар, дислокациялар мен түйіршіктердің шекаралары) монокристалды өсіру тәсілі кезінде технологиялық жеткіліксіздіктерден пайда болады. Атомдардың кристалдарға бірігуінің негізгі себепшісі – электрондар. Заттың ішінде атомдар бір-біріне жақын орналасқандықтан атом аралық байланыс пайда болады. Оларды иондық, металдық және коваленттік байланыстар деп, әртүрлерге бөледі. Иондық байланыс жағдайда электрондар атомнан атомға орын ауыстырады, соның салдарынан құрылымда иондар пайда болады. Металдық байланыс жағдайда оң таңбалы зарядтардан (иондардан) тұратын кристалл торы “электрон газымен” қоршанады (валенттік электрондар барлық атомдарға біржола ортақ). Аяғы коваленттік байланыс кезінде сыртқы электрондар (валенттік делінетін) ең жақын көрші атомдарға ғана ортақ. Сондықтан, ковалентті байланысқан қатты денелер әртүрлі кристалл торынан тұрады. Торлар түрі ковалентті байланыс бағыттарының арасындағы бұрыштармен айқындалады. Электрондар мен кемтіктер Егер кеңістіктегі атомдар кристалл торын құра алатындай етіп жақындасса, араларында өзара тебу мен тартылысу байланыс күштері пайда болады. Байланыстың потенциялық энергиясы атом аралығының қашықтығына тәуелді. Атомдар арасындағы тартылу мен оларға қарама-қарсы бағытталған тебілу күштері әртүрлі физикалық орталарда елеулі өзгеше болып келеді. Мысалы, инертті газдарда, Ван-дер-Вальс күштері деп аталатын, әлсіз тартылысу күштері әсер етеді, ал металдарда негізінен металл типті тордың пайда болуына келтіретін күштер елеулі. Егер кристалл химиялық элементтердің периодтық жүйесінің I- тобы мен VII – тобының атомдарынан құрылған болса, оның ішінде иондық байланысқа тән электростатикалық тартылу күші басым болады. IV – топтың химиялық элементтерінен құрылған қатты денелер ковалентті байланысқан (КБ) атомдардан құрылады. Егер күрделі денелер II – ші мен VI – топтардың элементтерінен III-ші мен V-топтардың элементтеріне қосқанда пайда болса, кристалдық құрылым ионды-ковалентті байланысқан атомдардың қисындастырылуынан (комбинацияларынан) тұрады. Электрондар мен коваленттік байланыс (КБ) Егер кристалл атомдары өзара тікелей жап-жақын болса, атомдарының сыртқы электрондық қабықшаларында орналасқан валенттік деп аталатын электрондар бір-бірімен қйлысып қосылады. Бұның нәтижесінде едәуір атомаралық күш пайда болады. Қатты денелердің электрлік қасиеттері негізінен электрондардың үлесті. жүктеу/скачать 14,44 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|