24. Электронейтральдық теңдеуі. Өзіндік жартылай өткізгіш. Қоспа жартылай өткізгіш. Бір типті қоспа Ферми энергиясы – бір бөлшекке шаққандағы Гиббстің термодинамикалық потенциалы (химиялық потенциалы). Бөлшектер жүйесінің энергиясының бір бөлшекке арттырғандағы өзгеруін көрсетеді. Сондықтан Ферми энергиясы бөлшектердің жалпы санымен анықталады. Жартылай өткізгіштерде Ферми энергиясы – электрондардың валенттік зона өткізгіштік деңгейлерінде өткізгіштік зона таралуына байланысты және локальдық күйдегі дискреттік энергия деңгейіне байланысты. Электрондардың күйге байланысты таралуын анықтайтын теңдеуді – электронейтральдық теңдеу деп атайды:
(na, nd, na, pа) – электрондар мен саңылаулардың (тесіктердің) донорлық және акцепторлық деңгейлердегі концентрациясын жазсақ, онда осы теңдеуден Ферми деңгейін табамыз.
Локальдық күйде бір электроннан артық болмайды, сондықтан электрондардың локальдық күйде таралуы зонадағылардан өзгеше болады
Мұндағы донорлық деңгей үшін, - акцепторлық деңгей үшін. Тесіктер үшін төменгі шарттан анықталады.
Қоспа жоқ кезде жартылай өткізгіш – өзіндік
Өзіндік жартылай өткізгіш үшін электронейтральдық теңдеу
Бұл Ғ үшін төмендегідей
T=0 жағдайда Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның ортасында орналасады. Температура жоғарыласа ол күй тығыздығының эффективтік массасы аз зонаға қарай ығысады.
Өзіндік жартылай өткізгіште тасушылардың концентрациясы тыйым салынған зонаның енімен анықталады:
Бір типті қоспалы (мысалы донор) жартылай өткізгіш үшін электронейтральдық теңдеу:
T - төмен кезде, болса, онда жартылай өткізгіш қоспалы өткізгіштігі болады. Ферми деңгейі:
T=0, кезде және Т жоғарылаған сайын Ферми деңгейі өткізгіштік зонаға қарай жақындайды да, максимумнан өтіп төмендейді.
Қоспалар түгел иондалғанда төмендеу жылдамдығы көбейеді
n=ND(p<Осы температура облысы қоспа таусылу (истощения) немесе қанығу облысы деп аталады.
Барлық қоспалар иондалған температурада негізгі зат иондала бастайды. Бұл жағдайда
n=ND+p болады да, Ғ үшін
Бұл қанығу облысы мен өзіндік концентрацияға дейін дұрыс.
Тыйым салынған зона ені мен қоспа концентрациясы көп болған сайын өзіндік өткізгіштікке өту температура жоғары болады.
