ELEKTRINIS KIETŲJŲ KŪNŲ LAIDUMAS

Transcript

1 II skyrius ELEKTRINIS KIETŲJŲ KŪNŲ LAIDUMAS 2.1. Kietųjų kūnų klasifikacija pagal laiduą Pagal gebėjią praleisti elektros srovę visos edžiagos gatoje yra skirstoos į tris pagridines klases: laidininkus, puslaidininkius ir dielektrikus. Šių trijų grupių kietieji kūnai skiriasi elektrinio laiduo (varžos) dydžiu. Kieto kūno klasės pavadinias Savitasis laiduas, Ω -1 s -1 Savitoji varža ρ, Ω Laidininkai Puslaidininkiai Dielektrikai Toks kietųjų kūnų skirstyas pagal savitosios varžos (laiduo) dydį iš piro žvilgsnio atrodo foralus ir sąlyginis. Tačiau atskirų klasių kietųjų kūnų elektrinio laiduo ypatybės skirtingos ne tikkiekybiškai, bet ir kokybiškai. Veikiant ties paties fizikinias veiksnias, atskirų grupių kūnų ypatybės kinta įvairiai. Pvz., teperatūrai kylant etalų (laidininkų) elektrinis laiduas ažėja, o puslaidininkių ir dielektrikų didėja. Prieaišos etalų elektrinį laiduą ažina, o puslaidininkių ir dielektrikų didina Krūvininkų prigitis etaluose Visi kietieji laidininkai yra etalai, kuriuose laisvieji krūvininkai yra elektronai. Tai buvo patirtinta eksperientais. Piriausia buvo įrodyta, kad srovė etaluose nėra jonų srautas. Vokiečių fizikas E. Rikė kruopščiai pasvėrė tris cilindrus du varinius ir vieną aliuinį. Juos suglaudė pagrindais ir etus leido elektros srovę viena kryptii ( pav.). Cu Al Cu Pro cilindrus pratekėjo 3, C krūvis. Cilindrų svoris nepakito, taip pat nerasta vario prieaišų aliuinyje, nei aliuinio prieaišų varyje. Išvada: laisvi krūvininkai etaluose yra ne jonai, o bendros visies etalas elektringos dalelės. Jau buvo pav. žinoas Tosono atrastas elektronas. Buvo iškelta prielaida, kad laisvi krūvininkai etaluose yra elektronai arba už juos ažesnės elektringos dalelės. Reikėjo eksperientiškai nustatyti laisvo krūvininko krūvio ženklą ir savitąjį krūvį. Savituoju krūviu vadinae daalelės krūvio ir asės santykį q. Šių eksperientų idėjs buvo tokia. Ilgio l ir skerspjūvio ploto S l v r 0 S pav. G laidininkas juda v 0 greičiu. Tokiu pat greičiu juda ir laisvieji krūvininkai dėl sąveikos su gardele. Sakykie, kad šis laidininkas (strypas) staiga sustabdoas ir stabdyo etu nejudaais laidais sujungiaas su galvanoetru ( pav.). Laisvi krūvininkai iš inercijos judės pradine kryptii tol, kol visa jų kryptingo judėjio energija nevirs šilua. Grandine pratekės trupalaikė srovė i. Galvanoetras parodys praatekėjusį krūvį Q = idt. Srovės stipris bus i = js. Pagal Oo dėsnį j = λe. Iš kur atsiranda elektrinis laukas? Kai krūvininkai, stabdant strypą, pradeda iš jo išeiti, pastarasis įgyja priešingo ženklo krūvį, kurio laukas stabdo a toliesnį krūvininkų išėjią iš strypo. Pagal antrąjį Niutono dėsnį qe = a E =. Įrašoe šią E išraišką į q pratekėjusio krūvio forulę. Q = Sλ adt, q

2 dv a =. dt Todėl 0 Q = Sλ dv. q v 0 Q = Sλ v 0. q Pagal Oo forulę varžai l l l R = ρ =. S Sλ RS Įrašę šią λ išraišką į Q forulę, gaunae: v Q S l 0 q v 0 = = l. qrs RQ V 0, l, R ir Q dydžius galia išatuoti ir surasti dalelės savitąjį krūvį q. Taip pat galia nustatyti ir krūvio ženklą. Slenkantį dideliu greičiu strypą staiga sustabdyti yra gana sunku. Lengviau yra sustabdyti besisukančią ritę aerikiečių fizikai P. Tolenas ir B. Stiuartas iš 500 ilgio vielos susuktą ritę taip įsuko, kad jos apvijų linijinis greitis siekė 300 /s. Ją staiga sustabdė ir su balistiniu galvanoetru išatavo pratekėjusį stabdyo etu krūvį Q ir apskaičiavo laisvo krūvininko savitąjį krūvį q, kuris buvo artias elektrono savitaja krūviui, kuris buvo nustatytas, stebint elektronų judėjią vakuue e C = 1, kg Taip eksperientais buvo įrodyta, kad etaluose krūvininkai yra elektronai. Kaip jie atsiranda etale? Susidarant etalo kristalinei gardelei, iš kiekvieno atoo atsiskiria silpniausiai surišti (valentiniai) elektronai ir tapa viso kristalo, o ne atskiro atoo nuosavybe. Jeigu nuo kiekvieno atoo atsiskiria po vieną elektroną, tai laisvų elektronų tankis yra lygus atoų tankiui (atoų skaičiui vienetiniae tūryje). Vieneto tūryje yra d N A µ atoų. Čia µ - olinė asė, d edžiagos tankis, N A Avogadro skaičius. N A = 6, ol -1. Pavyzdžiui, vario d = 8, kg kg, µ = 0,063. Vario atoų skaičius tūrio vienete o d 8,9 10 n A 10 0,063 Toks yra ir laisvų elektronų tankis varyje = N = 6, µ 2.3. Eleentariojo krūvio nustatyas Eleentarusis krūvis pats ažiausias nedaloas krūvis. Mintį, kad krūvis yra diskretinis, jau išsakė aerikiečių fizikas Franklinas. Eksperientiniu krūvio diskretiškuo įrodyu iš principo reikia laikyti anglų fiziko M. Faradėjaus atrastus elektrolizės dėsnius. Bet išvadą, kad yra eleentarusis krūvis iš elektrolizės dėsnių tik padarė Helholcas ir Stounas. Netrukus po to Lorencas sukūrė elektroagnetizo teoriją, kuri rėėsi realiai egzistuojančiu eleentariųjų krūvių (elektrono krūvių) vaizdiniu. Skaitinė eleentariojo krūvio vertė buvo apskaičiuota teoriškai, reantis elektrolizės dėsniais, nes Avogadro skaičius jau buvo žinoas. Piras eleentariojo krūvio nustatyo eksperientus atliko Tosonas ir jo okiniai Taunsendas ir Vilsonas, tačiau jų ataviai buvo labai netikslūs Vilsonas išatavo elektrono krūvį ir gavo jo vertę e = 1, C. Žyiai tikslesnius atavius atliko aerikiečių fizikas Robertas Milikenas idėja paprasta. Milikeno bandyo schea tokia: įrenginį sudaro dvi lygiagretės plokštės. Viršutinėje plokštėje yra anga, per kurią pulverizatorius (a) įpurškia tarp plokštelių alyvos lašelius. Jie yra įelektrinti, dėl trinties į pulverizatoriaus sieneles. B- žiūronas, kuriuo stebias lašelis ir nustatoas jo greitis.

3 2.4. Energijos juostų odelis. Elektrinio kietųjų kūnų laiduo kvantinis aiškinias Klasikinės elektrinio etalų laiduo teorijos trūkuus sąlygoja niekuo nepagrįstos prielaidos, kad laiduo elektronas galioja tobulųjų dujų bei Niutono dėsniai. Ištikrųjų, laiduo elektronai sąveikauja ir tarpusavyje, ir su kitų atoų branduoliais bei elektronais. Vienae kubiniae centietre yra ikrodalelių. Neįanoa net su šiuolaikinėis skaičiavio ašinois su tiek daug nepriklausoų vienas nuo kito nežinoųjų uždavinį išspręsti - aprašyti laiduo elektronų judėjią. Tai daugelio kūnų uždaavinys. Panaudojant vienelektroninį artutinuą, šis uždavinys buvo supaprastintas ir suvestas į vieno kūno uždavinį. Ta reikėjo padaryti tokias prielaidas. 1) Atoų, esančių tobulosios kristalinės gardelės azguose, branduoliai nejuda. Elektrono asė daug kartų ažesnė už branduolio asę, todėl elektrono greitis labai didelis, lyginant su branduolio grreičiu. Darant šią prielaidą, elektronai savo energijos branduolias neperduoda. Kintaųjų skaičius suažėja. 2) Laiduo elektronas juda pastoviae periodiniae atoų branduolių ir kitų elektronų elektiniae lauke. Elektrono potencinė energija etale nėra pastovi, o periodiškai priklauso nuo jų koordinačių. Periodinis elektrinis laukas kristale iš esės pakeičia elektronų energetinius būvius (energijos spektrą) kietae kūne, lyginant su jų spektru izoliuotuose atouose. Pagal kvantinę echaniką elektronas atoe, olekulėje ar kietae kūne nagali turėti bet kokios vertės energijos, o gali turėti tik nustatytą diskretinę energijos vertę. Jei atstuas tarp branduolio ir elektrono r 1 (a), tai elektrono energija 1, atstuu r 2 elektrono energija 2 ( pav.a.). r 2 r = (a) (b) (c pav. Elektrono energijos kvantuotos vertės (teisingiau sakyti atoo energija, nes čia kalbaa apie elektrono ir branduolio sąveikos potencinę energiją) vaizduojaos diagraoje energijos lygiais. Kiekvienas energijos lygis apibūdina galią atoo energijos būseną (b). Pats žeiausias energijos lygis 0 atitinka elektrono būseną, kai jis yra arčiausiai branduolio. Elektrono energijos vertės yra neigiaos. Tai reiškia, kad nulinė energija atitinka būseną, kurioje yra nejudantis, labai nutolęs nuo branduolio ir su juo nesąveikaujantis elektronas. Norint pervesti elektroną į šią būseną, t.y. atplėšti elektroną nuo branduolio, reikia,kad išorinės jėgos atliktų darbą, vadinaą tos būsenos atoo jonizacijos darbu. Iš atoų sudarant kristalą, juos suartinant, elektronų energetinė būsena, jau priklauso ne tik nuo sąveikos su savojo atoo branduoliu ir elektronais, bet ir su kristalo elektriniu lauku, t.y. nuo sąveikos su kitais atoais. Kiekvienas energijos lyguo suskyla į didelį skaičių arti vienas kito esančių palygenių, į kuriuos pasiskirsto visi atitinkauose laisvųjų atoų lygenyse buvę elektronai (c). Glaustai išsidėsčiusių energijos lygenų rinkinys, susidaręs dėl ta tikro laisvųjų atoų lygens suskilio, vadinaas energijos juosta arba tiesiog juosta. Juostoje yra tiek lygenų, kiek yra 1 c 3 atoų, t.y Atstuai tarp gretių lygenų yra ev eilės. Praktiškai galia laikyti, kad lygenys juostoje susilieja. Šitokia energijų juosta vadinaa leistine. Draustin Leistinės juostos Energijos intervalai, atskiriantys vieną leistinę juostą nuo gretios vadinai draustinėis juostois ( pav.). Draustinių juostų plotis savo dydžiu bendraatis leistinių juostų pločiui, 5 10 ev. Atskirais atvejais dvi leistinės juostos gali persikloti viena su kita sudarydaos hibridinę juostą pav.

4 Kaip pasiskirsčiusios elektronų energijos? Pagal Paulio draudio principą bet kurios viena kitą veikiančių dalelių sisteos toje pačioje energijos būsenoje negali būti daugiau kaip du elektronai su priešingai orientuotais sūkiniais. Taigi, elektronai porois, pradedant žeiausiu lygiu užpildo nuosekliai be tarpų lygius 0 K laipsnių teperatūroje (absoliutaus nulio teperatūroje)( pav.). Laidu Valentinė juosta F pav. Kadangi elektronų skaičius baigtinis, visada yra paskutinis užitas didžiausios energijos lyguo, o visi kiti aukštesni lygenys tušti. Todėl 0 K teperatūroje yra ryški riba tarp užitųjų ir neužitųjų lygenų. Kai teperatūra aukštesnė, kaip 0 K, ta riba išplinta, nes dėl šiluinio judėjio kai kurių elektronų energija pasidaro didesnė už inėtą ribinę energiją T = 0 K teperatūroje, kai kurių ažesnė. Pereinaosios srities plotis nuo praktiškai visiškai užpildytų iki praktiškai visiškai užpildytų yra kt eilės (kabario teperatūroje, kai T = 300 K, kt = 0,02 ev. Energija F elektronų, esasnčių lygenyje, kuris T = 0 K teperatūroje yra užitas, bet virš kurio visi lygenys neužiti, vadinaa Ferio energija. Šis apibrėžias visiškai tikslus, kai T = 0 K ir pakankaai tikslus etalas iki lydyosi teperatūros, nes jies Ferio pasiskirstyo išplitias yra ažas. Todėl piruoju artėjiu etalas F (T) F (0). Metalų F yra keleto ev eilės. Pvz., Na F = 3,23 ev, Cu F = 7 ev, Al F =11,63 ev, Au F = 5,51 ev. Pastovios energijos = F paviršius (energijos paviršius, kuris ipulsų (p= v) erdvėje) atskiria užitą elektronų sritį nuo neturinčios elektronų, kai T = 0 K, srities vadinaas Ferio paviršiui ( pav.). Elektronai, kurių energija = F yra ant šio P z paviršiaus. Daugua etalų savybių nuleia šie elektronai. Todėl etalo Ferio paviršius yra jo etiketė. Už vieno etalo apskaičiuotą Ferio paviršiaus lygtį buvo teikiai 0 P y habilituoto daktaro laipsniai. Tobulosios nesąveikuojančių laiduo elektronų dujos šis paviršius P x yra sferinis. Ištikrųjų, p = v. 2 2 v p pav. = =. 2 2 Dėl elektronų tarpusavio sąveikos ir sąveikos su gardele šie paviršiai deforuojasi ir gali turėti įvairiausią forą. Pvz., vario Ferio paviršius susideda iš uždarų penkių sferinių sričių. Taigi, varyje yra penkios grupės laiduo elektronų, judančių skirtingais greičiais skirtingois kryptiis. Iš išorės energiją (apšviečiant, šildant, veikiant elektriniu lauku) gali priiti tik nedidelis elektronų, esančių netoli Ferio lygens, skaičius. Leistinės juostos plotis yra keli ev. Net aukščiausiose teperatūruose, kai T = 1000 K galia perduoti elektronas tik 0,1 ev, o elektriniae lauke, kurio stipris E = 10 5 V/, elektronas gali įgyti tik = 0,001 ev energijos. Dėl šios priežasties laiduo elektronai negali paiti tiek šiluinės energijos, kad įneštų praktiškai pastebią indėlį į kietų kūnų šiluinę talpą. Kvantinis etalų laiduo aiškinias neturi ir kitų Drudės laiduo teorijos trūkuų. Pagal kvantinę teoriją savitasis etalų laidis apskaičiuojaas iš forulės, panašios į forulę išvestą Drudės. e 2 λ λ = n. u Tačiau ši forulė iš esės skiriasi nuo klasikinės. Vardiklyje vietoje vidutinio šiluinio greičio v š turie elektrono, esančio viršutiniae užitae energijos lygyje, greitį u. Šis greitis praktiškai nepriklauso nuo etalo teperatūros. λ yra vidutinis elektroninės bangos kelio ilgis (elektronų judėjias pro kristalo gardelę kvantinėje teorijoje naggrinėjaas, kaip elektroninės bangos sklidias). Jis nesusijęs su gardelės konstanta. Jeigu kristalinė gardelė būtų tobula (idealiai periodinė), tai elektroninė banga visai neišsisklaidytų, etalas naturėtų varžos. Elektronų judėjiui trukdo tik gardelės periodiškuo sutrikiai. Kabario teperatūroje λ 10-7, o gardelės konstanta d =

5 Kylant teperatūrai didėja defektų skaičius gardelėje (atoai gali pasistuti iš azgų, vietoje jono gali atsirasti du kartus jonizuotas jonas ar atoas, gali pasislinkti prieaišos atoas) ir azguose esančių jonų (atoų) svyravių aplitudė. Tie svyraviai yra anharoniniai (neharoniniai). Todėl etalų varža didėja, didėjant teperatūrai Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostų teorijos požiūriu. Šios teorijos požiūriu skirtingos įvairių kietųjų kūnų savybės aiškinaos tokiois priežastiis: 1) skirtingo pločio draustinėis juostois; 2) tuo, kad leistinės juostos nevienodai užpildytos elektronais. Kad kietas kūnas būtų laidus, leistinėje juostoje turi būti elektronų ir laisvų lygių į kuriuos galėtų pereiti elektronas, veikiaas išorinio elektrinio lauko. Todėl kūno elektrines savybes galia nustatyti nagrinėdai tik dvi leistines juostas: valentinę ir laiduo bei jas skiriančią draustinę. Juostų užpildyą elektronais nagrinėsie T = 0 K teperatūroje. Elektronų išsidėstyas sluoksniais (n reikšės) ir posluoksniais yra toks ( pav.). Posluoksnis Sluoksnis s p d e f pav. Natrio atoas turi 11 elektronų 1s 2 2s 2 2p 2 3s 1. Trečio sluoksnio s posluoksnyje yra tik 1 elektronas, o gali būti 2. Todėl kristale valentinė juosta užpildyta tik iki pusės. Ji kartais vadinaa laiduo juosta (2.7.6.a. pav.). Veikiant elektrinia laukui, elektronai pereis į laisvus lygius tekės srovė. Na laiduo juosta Mg valentinė juosta a pav. b Kitokia yra agnio elektronų konfiguracija 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. Valentinis lyguo 3s yra visiškai užpildytas. Tačiau agnio kristale valentinė juosta 3s persidengia su 3p juosta, sudarydaa tik iš dalies užpildytą hibridinę juostą. Na Cl - a 3s (Na) laiduo juosta 3p Cl valentinė juosta pav. p b Kietų dielektrikų energijos juostos neužsikloja viena ant kitos. Valentinė juosta pilnai užpildyta elektronais, o laiduo juosta visiškai tuščia ( pav.). Pavyzdžiui, susidarant NaCl kristalui, Na valentinis elektronas 3s pereina į Cl atoo 3s būseną. Todėl NaCl kristale jo jonų elektronų konfiguracija yra tokia: Na - 1s 2 2s 2 2p 6 Cl - -1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Taigi, Na 3p juosta yra tuščia, o Cl 3p juosta visiškai užpildyta. Pastaroji yra vadinaa NaCl valentine juosta (a). Nesužadinto (T 0 K) NaCl kristalas yra absoliutus dielektrikas. Jei laiduo juosta nuo valentinės skiriasi nedidelio pločio draustine juosta ( p < 2 3 ev), tai kabario teperatūroje laiduo juostuose bus elektronų. Toks kristalas vadinaas puslaidininkiu (b). Taigi, puslaidininkiai nuo dielektrikų skiriasi ažesniu draustinės kuostos pločiu, kartu ir elektriniu laiduu kabario teperaatūroje.

6 2.6. Savasis ir prieaišinis puslaidininkių laiduas ir priklausoybė nuo teperatūros ir apšvietio Puslaidininkiais vadinaos edžiagos, kurių savasis laiduas kabario teperatūroje užia tarpinę vietą tarp etalų (λ ~ Ω -1-1 ) ir gerų dielektrikų (λ ~ Ω -1-1 ). Nuo etalų jie skiriasi dar ir tuo, kad kylant teperatūrai, puslaidininkių (ir dielektrikų ) savitasis laiduas sarkiai didėja, tuo tarpu etalų nežyiai ažėja. Svarbiausias puslaidininkių paraetras yra draustinės juostos plotis. Pvz., silicio = 1,11 ev, geranio - = 0,67 ev, švino selenido = 0,26 ev. Periodinėje eleentų sisteoje puslaidininkiai sudaro kopaktišką eleentų grupę ( pav.). 5 6 G C 41 5, P 1,1 1,5 2, Ge As Se 0,67 1,2 1, Sn Sb Te I 0,1 0,12 0,36 1, pav. Į kairę ir į apačią nuo puslaidininkių rasie etalus, į dešinę ir į viršų eleentus, kurie kietae būvyje yra dielektrikai. Puslaidininkias priklauso etalų oksidai, daugelio etalų sulfidai, teluridai ir selenidai. Beveik visa us supanti gata sudaryta iš puslaidininkių. Kodėl taip vėlai tik XX a. susidoėta puslaidininkiais? Pagrindinė priežastis neokėta gauti grynų edžiagų. Puslaidininkių savybės labai priklauso nuo prieaišų. Įterpus į gryną edžiagą ta tikras prieaišas, gaunaas pageidaujaų savybių puslaidininkis. Tipiški puslaidininkių atstovai yra geranis, silicis ir telūras. Savasis puslaidininkių laiduas grynojo puslaidininkio laiduas. Grynuoju puslaidininkiu vadinaas idealiai cheiškai švarus ir turintis idealiai taisyklingą gardelę puslaidininkis. Tokių edžiagų gatoje nėra. Sulkiau panagrinėsie laiduo elektronų atsiradią kristale. Jo elektronų konfiguracija 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Jis yra keturvalentis. Išoriniae sluoksnyje yra 4 elektronai, kurie palaiko cheinį ryšį su kaiyninių atoų elektronais. Jei visi valentiniai elektronai yra ryšiuose, tai T = 0 K teperatūroje grynas kristalas yra tobulas dielektrikas visai nelaidus elektrai ( pav.). E r pav pav. Pakilus teperatūrai, kai kurie valentiniai ryšiai nutrūksta ir dalis elektronų tapa laiduo elektronais. Jei yra išorinis elektrinis laukas, jie dreifuoja prieš E r kryptį ( pav.). Ta vieta, iš kurios išėjo ryšio elektronas, vadinaa skyle. Į skylės vietą gali ateiti kitas ryšio elektronas. Tada skylė persikels į elektrono vietą buvusiae ryšyje. Pavyzdžiui,jeigu teatre kėdžių eilėje yra laisva dešinioji kraštinė kėdė, ir jeigu žiūrovai iš eilės vis persėdinės į laisvą kėdę, tai bus tas pats, kaip kad laisva kėdė judėtų iš dešinės į kairę, priešinga žiūrovų judėjio kryptii.

7 Kai nėra išorinio elektrinio lauko, skylę gali užitibet kurio gretio atoo valentinis elektronas. Dėl to skylė kristale juda chaotiškai. Sudarius elektinį lauką, elektronai juda vektoriui E r priešinga kryptii, o skylės juda vektoriaus E r kryptii. Taigi, kietuose dielektrikuose ir puslaidininkiuose yra dviejų tipų laisvi krūvininkai, kurie pasižyi dviejų tipų elektriniu laiduu: elektroniniu ir skyliniu. Iš tikrųjų elektros srovę sudaro laisvų elektronų srautas ir elektronų šokinėjančių iš vieno ryšio į kitą srautas. Pastarąjį judėjią sunku aprašyti. Todėl šokinėjantį elektroną pakeitė kvazidalele skyle, kurios krūvis yra elektrono krūvio dydžio, tačiau teigiaaas, o judruas ažesnis už elektrono judėjią. Skyle vadinae kvazidalelę, turinčią e krūvį arba valentinės juostos laisvą energijos lygenį, arba vietą, iš kurios išėjo ryšio elektronas. Pavaizduokie savąjį laiduą energijos juostų diagraoje ( pav.). n = p Valentinės juostos elektronas, gavęs energijos kiekį, ne ažesnį už draustinės juostos plotį vadinaą aktyvacijos energija, gali peršokti į laiduo juostą. Valentinėje juostoje atsiranda skylė. Kylant teperatūrai, atsiranda vis daugiau elektronų, pereinančių į laiduo juostą. Todėl puslaidininkių varža su teperatūra ažėja. p Elektriniae lauke elektronai gali priiti elektrinio lauko energiją, nes laiduo juostoje yra laisvų lygių, taip pat ir skylės gali priiti energiją, nes valentinėje juostoje yra elektronų, galinčių išeiti iš ryšio vietos. Todėl valentinėje juostoje elektronas kyla aukštyn, o skylė leidžiasi žeyn. Grynae puslaidininkyje kiek yra elektronų (laiduo), tiek yra ir skylių. Elektronų tankis žyias n raide, o skylučių tankis pav. p raide. Todėl galie gryna puslaidininkiui galie užrašyti: n = p. Gatoje nėra grynų puslaidininkių. Realių puslaidininkių kristalinėje gardelėje yra prieaišų ir defektų. Defektai gali būti tokie: gardelės azgas gali būti tuščias; azge gali būti neutralus atoas, jonas; kai kurie atoai gali būti ne azguose; azge gali būti prieaišos jonas ir kt Prieaišinis puslaidininkių laiduas Sakykie, kad į silicio gardelę įterptas trivalentės prieaišos atoas. Tai gali būti boras B, aliuinis Al, indis In ( pav.). B p > n B p > n p g pav pav. Noralia valentinia ryšiui reikia keturių elektronų. Trūkstaą elektroną jis gali užgrobti iš artiiausio atoo. Atsiras skylė, o boro atoas taps neigiau jonu. Tokia prieaiša vadinaa akceptoriui (užgrobėju). Laisva trivalentės prieaišos energijos juosta yra draustinėje juostoje arčiau jo valentinės juostos ( pav.). As Kadangi prieaišos aktyvacijos energija p < g, elektronas iš valentinės juostos pereina į prieaišos laisvą juostą. Valentinėje juostoje liko skylė (laisvo elektrono nėra). Tačiau elektronas gali ateiti į laiduo juostą iš valentinės juostos (savasis laiduas). Tuoet atsiras ir skylė ir elektronas. Bet p > n. Tokio tipo laiduas vadinaas p tipo laiduu, skylės vadinaos pagrindiniais krūvininkais, o elektronai šalutiniais. Pats puslaidininkis pav.

8 elektriniu požiūriu yra neutralus, nes teigiaą perteklinės skylutės krūvį kopensuoja neigiaas prieaišos jonas. Taigi, jeigu yra neigiaas prieaišos jonas yra ir teigiaa skylė. n > p Sakykie, silicyje yra penkiavalentė prieaiša ( pav.). Cheinia ryšiui gardelėje pakanka keturių elektronų. Penktasis prieaišos elektronas yra silpnai susietas su arseno As atou ir gali lengvai atitrūkti nuo jo. Atsiranda laiduo elektronas ir teigiaas arseno As jonas. Skylutės nėra. Ji gali atsirasti perėjus elektronui iš valentinės juostos į laiduo juostą (nutrūkus kuria nors ryšio elektronui). Tačiau n p > p. Tokio tipo laiduas vadinaas n tipo laiduu. O prieaišos g donorais. Pgrindiniai krūvininkai yra elektronai, o šalutiniai skylės. Šiuo atveju prieaišų elektronų energijos juosta yra arčiau laiduo juostos irgi draustinėje juostoje ( pav.). Arseno silicyje p = 0,054 ev, o silicio g = 1,1 ev. Prieaišinis laiduas žyiai didesnis už savąjį, todėl pastarasis pav. naudojaas daugelyje puslaidininkinių prietaisų. Kylant teperatūrai, puslaidininkių laiduas didėja pagal eksponentės dėsnį. Grynų puslaidininkių savitasis laiduas išreiškiaas forule g λ = λ0e. Kai T, tai λ λ 0 savitasis grynojo puslaidininkio laiduas labai aukštoje teperatūroje. Išlogaritavę gaunae: g 1 l nλ = lnλ0. 2k T Matoe, kad lnλ yra T 1 arguento tiesinė funkcija ( pav.)(a). (b) paveiksle pavaizduotas prieaišinio puslaidininkio lnλ priklausoybė nuo T 1. lnλ lnλ g g p a 1 T pav. b 1 T Esant žeos teperatūros yra prieaišinis laiduas. Kai visos prieaišos jonizuotos, laiduas nuo teperatūros nepriklauso, dar pakelus teperatūrą įsijungia savojo laiduo echanizas. Prieaišinio puslaidininkio: ( g p ) λ = λ e. 0 Puslaidininkių varžos priklausoybė nuo T naudojaa šiluinės varžos prietaisuose teristoriuose, kurie naudojai teperatūros ataviui. Puslaidininkių laiduas didėja, jį apšviečiant infraraudonąja, regiąja arba ultravioletine šviesa. Kai sugerto fotono energija hν = didesnė ar lygi aktyvacijos energijai, padidėja I laisvųjų krūvininkų skaičius. Jei hν šviesa p, tai didėja laiduo elektronų arba 2 2 skylių tankis. 1 uslaidininkių fotolaiduo reiškiniai pav pav. naudojai gainant puslaidininkinius ν prietaisus fotorezistorius. Jį sudaro puslaidininkio plokštelė l su elektrodais 2 ( pav.). Plokštelė padengiaa skaidriu laku, saugančiu ją nuo nereikalingų išorinių poveikių. Prie neapšviesto fotorezistoriaus prijungus įtapą, teka tasinė srovė. Apšvietus, padaugėja laisvų krūvininkų, dėl to suažėja varža. Keičiant šviesos srautą,

9 fotorezistoriaus laiduas gali pakisti 10 6 kartų. Fotorezistoriaus srovės stipris priklauso nuo šviesos intensyvuo ir nuo dažnio ν ( pav.). Fotorezistoriai naudojai konvejerių linijose detaliu rūšiaviui, skaičiaviui pagal forą, atenis, spalvą, autoatinio reguliavoo scheose, fototelegrafijoje ir kt.