жартылай өткізгіштердегі физикалық процесстер жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі
жүктеу/скачать 33,58 Kb.
|
|
1. ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТЕРДЕГІ ФИЗИКАЛЫҚ ПРОЦЕССТЕР 1.1 Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі Электр тогын өткізу қабілеті бойынша барлық қатты күйдегі материалдар әдетте өткізгіштерге, жартылай өткізгіштерге және диэлектриктерге немесе оқшаулағыштарға бөлінеді. Өткізгіштер тобына өткізгіштігі σ > 10 6 Ом-1 см-1 материалдар жатады, оларға жоғары өткізгіштік өткізгіш электрондардың жоғары концентрациясы қамтамасыз етілетін металдар жатады. Металдар мен жартылай өткізгіштер электр өткізгіштігінің шамасынан басқа, электр өткізгіштігінің температураға тәуелділігімен де ерекшеленеді. Металдарда электр өткізгіштік температураға байланысты дерлік сызықты түрде төмендейді. , (1.1) мұндағы T және T0 – өлшеу температурасы (T>T0), α – температура коэффициенті. Кемшіліктері мен қоспалары жоқ жартылай өткізгіштерде (оларды әдетте меншікті деп атайды) температура жоғарылаған сайын өткізгіштік экспоненциалды заңға сәйкес шамамен артады: (1.2) мұндағы σ0 – кейбір әлсіз өзгеретін шама (көбінесе оның температураға тәуелділігі ескерілмейді), ΔE – өткізгіштіктің термиялық активтену энергиясы (оны эВ-де өлшеу әдеттегідей), k – Больцман тұрақтысы (8,614210-5 эВ.К-1) , T – абсолютті температура (К градуспен). Сурет -1 Қоспасыз материалдардың электр өткізгіштігінің температураға тәуелділігі 1.2 Энергетикалық аймақтар. Бос заряд тасымалдаушылар: электрондар мен бос орындар. Алғашқы және жалғыз заряд тасымалдаушылар электрондар мен протондар екені белгілі. Вакуумда және газдарда электрондар мен протондар бос болуы мүмкін, қатты және сұйықтарда электрондар мен протондар атомдармен байланысады және олардың зарядтары бір-бірін бейтараптайды. Жартылай өткізгіш кристалдар белгілі бір ретпен орналасқан атомдардан түзіледі. Табиғи түрде сұрақ туындайды, егер атомдағы электрондар ядроға қосылған болса, онда электр тогын тудыратын кристалды айналып өтуге қабілетті атомдардан тұратын кристалда бос зарядтар қайдан пайда болады? Шынында да, егер атомды оқшауланған шар ретінде елестетсек, онда дұрыс ретпен салынған миллиардтаған шарлардан алынған дене әлі де изолятор болып қала береді, өйткені онда зарядты тасымалдаушылар пайда болмайды. Металдар мен жартылай өткізгіштерде бос электрондардың қалай пайда болатынын түсіндіру үшін микроәлем заңдарын пайдалану қажет. Бұл үлгілерді Бор атомның электрондық құрылымын түсіндіру үшін алғаш рет қолданған. Бордың жұмысы кванттық механикада жұмысты ынталандырды, ол қазіргі уақытта атомдардағы, молекулалардағы және қатты денелердегі электрондардың әрекетін түсіндіру үшін қолданылады. Қазіргі ұғымдар бойынша атомдар оң зарядталған ядролардан тұрады, олардың айналасында электрондармен толтырылған қабықтар орналасқан. Бұл жағдайда әрбір электрон қатаң анықталған деңгейге сәйкес келеді, онда электронның айналуын сипаттайтын спиннің әртүрлі мәндері бар екі электроннан артық болуы мүмкін емес. Магниттік өрісте бұл деңгей бір-біріне жақын орналасқан екі деңгейге бөлінеді. Кванттық механика заңдары бойынша электрондар тек қатаң анықталған энергетикалық күйлерде өмір сүре алады. Электрон энергиясының өзгеруі электромагниттік сәулелену квантын жұтқанда немесе бастапқы және соңғы деңгейлердегі энергиялардың айырмашылығына тең энергиямен шығарғанда мүмкін болады. Демек, еркін дискретті деңгейлерге электронды ауысуларға сәйкес келетін атомдардың оптикалық жұтылу (немесе эмиссия) спектрлері де дискретті болуы керек, бұл тәжірибелерде байқалады. Сурет – 2 Атомдағы электрондардың энергетикалық спектрін (Бор моделі) және күтілетін жұтылу спектрін бейнелейтін диаграмма. Электрондық қабықшалар әдетте әріптермен және сандармен (N) белгіленеді. N саны бас кванттық сан деп аталады. Оның мәні N = 1, 2, 3, 4 және т.б. өзекке жақын деңгейден есептеледі, қабықшалардың сәйкес әріптік белгілері бар: K, L, M, N және т.б. Әрбір қабықшада бірнеше электрондар болуы мүмкін және олардың әрқайсысында өзінің кеңістіктік зарядының таралуы бар, көбінесе орбиталь деп аталады. Қабық ішіндегі электрондардың (орбитальдардың) энергетикалық деңгейлері (бір N санымен) әдетте әріптермен белгіленеді: s (төменгі деңгей), p, d, f және т.б. Сонымен қатар, қабықтың энергиясы неғұрлым жоғары болса (көбірек N), ондағы электрондар саны соғұрлым көп болады немесе басқаша айтқанда, ол орбитальдардың көп санына сәйкес келеді. Сонымен, бірінші қабық бір деңгейге сәйкес келеді – яғни, 1s орбиталы,. Бұл қабықшада спиндері әртүрлі екі электрон ғана болуы мүмкін. Тиісінше, тек екі атом, сутегі мен гелий, бір қабықшалы конфигурацияға ие. Екінші қабықша үш деңгейге сәйкес келеді: бір 2s орбиталь және үш 2p орбиталь, яғни. Бұл қабық алты электронды ұстай алады. Атомдағы электрондар санының ұлғаюымен қабықшаларды толтыру белгілі бір ережелерге сәйкес жүреді: • ең төменгі энергия орбитальдары бірінші толтырылады; • кез келген орбитальда қарама-қарсы спиндері бар екі электроннан артық болмайды (Паули алып тастау принципі); • бір қабықшаның орбитальдарының толтырылуы параллель спиндері бар жалғыз электрондардан басталады, жұптар әрбір орбитальда бір электрон болғаннан кейін ғана қалыптаса бастайды (Гунд ережесі). жүктеу/скачать 33,58 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|