Mühazirə №22 Bərk cisimlərin zolaq nəzəriyyəsi




Yüklə 24.21 Kb.
tarix24.04.2016
ölçüsü24.21 Kb.

- -

Mühazirə № 22
Bərk cisimlərin zolaq nəzəriyyəsi
Drude´ və Lorens tərəfindən yaradılmış metalların keçiriciliyinin klassik elektron nəzəriyyəsi sabit cərəyan qanunlarını izah etməyə imkan verir. Videman-Frans qanununu keyfiyyətcə izah edir. Bununla bərabər bu nəzəriyyənin bir sıra çatışmazlıqları da vardır. Bu nəzəriyyədə metal daxilindəki “ elektron qazına” bir atomlu ideal qaz kimi baxılır. İstilik hərəkətində sərbəst iştirak edən elektronlar kristal qəfəsinin düyün nöqtələrində yerləşən ionlarla (atomlarla) və bir-birilə toqquşaraq enerji mübadiləsi edirlər. Onlara orta kvadratik sürət və sərbəst yolun orta uzunluğu anlayışları tətbiq olunur. Bu nəzəriyyədə kristal qəfəsinin yaratdığı elektrik sahəsi nəzəzrə alınmır. Xarici elektrik sahəsinin təsiri altında elektronlar nizamla hərəkətdə də iştirak edirlər. Bu onların enerjisinin artmasına səbəb olur.

Qeyd etmək lazımdır ki, yaranan çatışmazlıqlar bərk cisimlərin keçiriciliyinin kvant nəzəriyyəsinin yaranması zəruriyyətini ortaya çıxardı.

Kvant mexanikasında bir elektronun verilmiş xarici elekrik sahəsindəki hərəkəti öyrənilir. Bu yaxınlaşma nəticədə bərk cisimlərin zolaq nəzəriyyəsinin yaradılmasına səbəb olmuşdur. Zolaq nəzəriyyəsində kvant-mexaniki sistem iki hissəyə ayrılır-ağır və yüngül hissəciklər. Başqa sözlə desək nüvə və elektronlardan ibarət sistem öyrənilir. Nüvə və elektronların kütlə və sürətləri çox fərqləndiyindən qəbul olunub ki, elektronların hərəkəti çox kiçik sürətlə hərəkət edən (demək olar ki, tərpənməz) nüvələrin yaratdıqları elektrik sahəsində baş verir. Digər tərəfdən nüvələr elektronların yaratdıqları orta elektrik sahəsində yerləşirlər.

Nəzərə alsaq ki, kristal qəfəsinin düyün nöqtələrində yerləşən ionlar (nüvələr) hərəkət etmirlər, onda aydın olur ki, elektronun hərəkəti nüvələrin yaratdıqları periodik elektrik sahəsində baş verir.

Təklənmiş atomlar sistemini nəzərdən keçirək. Bir-birindən makroskopik məsafədə yerləşən atomların elektronları müəyyən qanunauyğunluqla nüvə ətarfında müəyyən diskret enerji səviyyələrində yerləşirlər.

Bu atomlar arasındakı məsafə kristal qəfəsinin sabiti tərtibində olduqda, atomlar arasında yaranan qarşılıqlı təsir nəticəsində bu diskret səviyyələr pozularaq zolaq şəklini alırlar. Elektronlar müəyyən enerji zolağı daxilində hərəkət etmək qabiliyyətinə malik olurlar. Enerji zolağınınən çox genişlənməsi valent elektronlarının spektrində müşahidə olunur. Daxili elektronların, yəni atomun nüvəsinə yaxın olan elektronların spektrində demək olar ki, heç bir dəyişiklik olmur. Deməli kristallarda daxili elektronlar özlərini təklənmiş atomlarda olan elektronlar kimi aparırlar. Valent elektronları bütün bərk cismə məxsus olub enerji zolağı daxilində hərəkət edirlər, yəni. bir atomdan digərinə sərbəst keçə bilirlər. (tam enerjilərini dəyişmədən). Valent elektronları müəyyən enerji zolağı daxiində öz yerlərini dəyişirlər. Bu enerji zolaqları bir–birindən qadağan olunmuş zolaqla ayrılırlar. Qadağan olunmuş zolağın eni bərk cismin həcmindən asılı olmayıb ancaq onun kristal quruluşundan , təbiətindən asılıdır. Axırıncı elektronlarla dolu olan elektron zolağı valent əlaqələri zolağı adlanır. Keçirici zolaq valent əlaqələri zolağından qadağan olunmuş zolaqla ayrılır. Təmiz bərk cisimlərdə qadağan olunmuş zolaqda enerji səviyyələri olmur. Bərk cisimlərin zolaq nəzəriyyəsi metal, yarımkeçirici və dielektrikləri bir mənalı ayırmağa imkan verir.

Metallarda keçirici zolaq valent əlaqələri zolağının davamıdır. Bu imkan verir ki, valent elektronları kiçik əlavə enerji aldıqda keçirici zolaq daxilində daha yüksək enerji səviyyəsinə qalxa bilərlər. Zolaq daxilində enerji səviyyələri arasındakı fərq əv olduğunu qəbul etsək, onda temperatura uyğun gələn istilik enerjisinin əv tərtibində olması elektronların zolaq daxilində daha yüksək səviyyəyə qalxma ehtimalının çox olması aydın olur.

Metallardan fərqli olaraq yarımkeçiricilərdə və dielektriklərdə keçirici zolaq valent əlaqələri zolağından qadağan olunmuş zolaqla ayrılırlar. Qadağan olunmuş zolağın enerji enindən, , asılı olaraq bərk cisimlər yarımkeçiricilər və dielektriklərə ayrılırlar.

Qadağan olunmuş zolağın eni bir neçə elektron volt olarsa, istilik hərəkəti nəticəsində (qızdırılmaqla) valent elektronları keçirici zolağa qalxa bilmirlər. (məsələn 6əv-dan çox olarsa). Belə bərk cisimlər dielektriklər adlanırlar. Dielektrik daxilində sərbəst elektrik yükləri yoxdur.Onlardan elektrik cərəyanı axmır.

Yarımkeçiricilərdə qadağan olunmuş zolağın eni , , əv-dan kiçik olur. Mütəq sıfıra yaxın temperaturlarda yarımkeçiricilər özlərini dielektriklər kimi aparırlar, yəni elektronlar valent əlaqələri zolağından keçirici zolağa qalxa bilmirlər (enerjilərin az olmasına görə). Temperatur artdıqca istilik hərəkəti nəticəsində valent elektronlarının enerjisi artır və onların bir hissəsi keçirici zolağa qalxaraq elektrik keçiriciliyində iştirak edirlər.



Yarımkeçiricilər

Yarımkeçiriciləri metal və dielektriklərdən fərqləndirən əsas xüsusiyyət onların elektrik keçiriciliyinin geniş intervalda dəyişməsi, fiziki xassələrinin temperatur dəyişməsinə, işıq şüaları və aşqarlara çox həssas olmasıdır.

Yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi metalların elektrik keçiriciliyindən az və dielektriklərin elektrik keçiriciliyindən çox olması bu maddələrə yarımkeçirici adının verilməsinə səbəb olmuşdur. Yarımkeçiriclərə misal olaraq Mendeleyev cədvəlinin IV, V və VI qruplarında yerləşən elementləri və onların birləşmələrini göstərmək olar. Kimyəvi təmiz yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi məxsusi keçiricilik adlanır. Tərkibində başqa elementlərin kiçik miqdarda aşqarları olan yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi aşqar elektrik keçiriciliyi adlanır. Yarımkeçiricilərdə qadağan olunmuş zolağın eni ev tərtibindədir. Temperaturun artması elektronların valent əlaqələri zolağından keçirici zolağa keçməsini asanlaşdırır.

Istilik həyəcanlanması nəticəsində valent əlaqələri zolağından keçirici zolağa keçən elektronların yeri boş (vakant) qalır. Bu vakant səviyyələr deşik adlandırılır.xarici elektrik sahəsinin təsiri altında qonşu səviyyədə yerləşən elektron bu vakant yerə keçə bilər. Beləliklə, xarici elektrik sahəsinin təsiri nəticəsində keçirici zolaqda olan sərbəst elektronlar sahənin əksi istiqamətində, valent əlaqələri zolağındakı deşiklər sahə istiqamətində nizamlı hərəkətdə iştirak edirlər.

Deməli, kimyəvi təmiz yarımkeçiricilərin məxsusi keçiriciliyi elektron və onların vakan yerlərinin – deşiklərin nizamlı hərəkəti nəticəsində yaranır. Keçirici zolaqda olan elektronların sayı valent əlaqələri zolağındakı deşiklərin sayına bərabər olur. Keçirici zolaqda olan elektronların konsentrasiyası , valent əlaqələri zolağındakı deşiklərin konsentrasiyası olarsa, təmiz yarımkeçiricilərdə . Yarımkeçiricilərə başqa elementlərin aşkar şəklində daxil edilməsi onların keçiricilik mexanizminin bir tipli olmasına ,yəni elektron keçiriciliyi (- tip keçiricilik) və ya deşik keçiriciliyinin (- tip keçiricilik) yaranmasına səbəb olur.

Təmiz yarımkeçiricilərin xüsusi elektrik keçiriciliyinin temperaturdan asıllığı

(1)

ifadəsi şəklində olur. Burada - verilmiş yarımkeçiriciliyinin sabit kəmiyyətdir. Şəkildə kəmiyyətinin mütləq temperaturun tərs qiymətindən () asılılığı verilmişdir.



Səkil 1

Bu düz asılılığın bucaq əmsalı yarımkeçiricinin qadağan olunmuş zolağının enini təyin etməyə imkan verir. Düz xəttin ordinat oxu ilə kəsişmə nöqtəsi () (1) ifadəsindəki sabitini təyin edir.

Qeyd etmək lazımdır ki, elektron deşik cütünün yaranması ilə( buna henerasiya deyilir) bərabər elektonlar keçirici zolaqdan valent əlaqələri zolağına qayıdaraq, artıq enerjilərini kristal qəfəsinə verirlər. Bu proses rekombinasiya adlanır. Nəticədə verilmiş temperaturda elektron və deşiklərin konsentarsiyaları arasında müəyyən müvazinət yaraanır ki, o temperatur artdıqca (1) ifadəsinə mütənasib olaraq artır.



Yarımkeçiricilərə başqa elementlərin atomlarının cüzi miqdarda (aşqar) daxil edilməsi onlarda aşqar keçiriciliyinin meydana çıxmasına səbəb olur. Aşqar keçiriciliyinin yaranması mexanizmini (və ya ) elementində nəzərdən keçirək. Bu elementlərin axırıncı elektron təbəqəsində dörd valent elektronu vardır. atomları qonşu atomlarla kovalent əlaqəsi yaradırlar.



Şəkil 2

Bu atomlardan biri V qrup elementinin (məsələn )atomu ilə əvəz olunarsa, onda bir elektron öz atomuna çox zəif bağlı olur.(kovalent rabitədən kənarda qalır). Temperaturun kiçik artması onun sərbəstləşməsinə səbə olur, yəni yarımkeçiricidə əsas rolu elektron keçiriciliyi oynayır. (-tip yarımkeçirici).

Təmiz yarımkeçiriciyə () III qrup elementi (məsələn ) daxil edilərsə, onda kovalent rabitəni yaratmaq üçün çatışmayan elektronu aşqar atomu qonşu germanium atomundan götürür. Beləliklə, elektronun boş qalmış yeri-deşik valent əlaqələri zolağında hərəkət edərək deşik keçiriciliyini yaradır. Bu yarımkeçiricilər -tip yarımkeçiricilər adlanırlar. Elektron keçiricilıiyinin yaranmasına səbəb olan aşqarlar donorlar adlanırlar.Onların qadağan olunmuş zolaqla yaratdıqları səviyyələr donor səviyyələri adlanır.

Deşik keçiriciliyinin yaranmasına səbəb olan aşqarlar akseptorlar adlanırlar.

Aydındır ki, donor və akseptor səviyyələrinin aktivləşmə enerjisi,yarımkeçiricinin qadağan olunmuş zolağının enerji enindən çox kiçik olur. İki müxtəlif tipli keçiriciliyə malik olan yarımkeçiricinin kontaktıp-n keçidin yaranmaqsına səbəb olur. keçid yarımkeçirici diodların əsas hissəsini təşkil edir. Diodlardan əsasən dəyişən cərəyanı düzləndirmək üçün istifadə olunur. Dəyişən elektrik siqnallarını gücləndirmək üçün tranzistoprlardan istifadə olunur.




Azərbaycan Dövlət Neft Akademiyası Fizika kafedrası

Mühazirə № 22 Mühazirətçi-dosent: Akif Ağayev




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azrefs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə