Атты денелердің аумақтық теор. Аймақтық теор-ғы металдар, откізгіштер мен жарт отк-р. Қоспалы ж жарт.менш отк-р. Фотооткізгіштер

Шредингер теңд пайд кристалдар туралы есептер шығаруға болады. Яғни крист-ң энергияларының ж оларға сәйкес келетін энергетикалық күйлерін анықтауға болады. Қатты дене-ң аумақтық теор б/ша адиабаталық жуықтауға негізделген. Кв-қ мех-ғы жүйелер ауыр ж деңіл атомдарға бөлінеді. Бұл бөлш-ң массалары, жылдары ар түрлі б/ды. Адиаб/қ жуыктау негизинде ядроны қозғалмайды, ал электронды ядроның орісінде қозғ деп есептеуге б/ды. Атомдардың арақашықтықтары үлкен болса, олардың с/с энерг-қ деңгейлері б/ды. Арақаш-қ жақын б/са, с/с энерг/қ деңгейлер қабаттасып кетеди. Яғни аймақтық энерг-қ спектр п.б. валенттілік электрондар 1атомнан 2-атомға толық эн-сын озгертпей оте алады. Вал-к электрондардың осы атомдардағы омир сүру уакыты = c жетеди.Сыртқы электрондар эн-ң мәні рұқсат етілген энерг-қ аймақта жатуы мүмкін. Рұқсат етілген ең томенгі аймақ валенттілік зона д.а

Металл. Металдар жаксы өткізгіш. Өткізгіш ретінде екі жағдайда болуы мүмкін. Бірінші валенттік зона электрондармен толығымен толтырылмаған, екіншісі толығымен толтырылған. Толығымен толтырылған металдарда зоналар қабаттаса орналасады. Біріншісінде 0-ге тең емес температурада электронның бір бөлігі бос жоғарғы деңгейге көшеді.Себебі деңгейлер арасындағы энергияның мәні 10^-23-10^-22 эВ, ал бір келвин температурада жылулық қозғалыстың энергиясы 10^-4 эВ, электронның энергиясы жоғарғы деңгейге жеткенде сыртқы электр өрісінде электрондар ретті қозғалып ток пайда болады. Бұнда өткізгіштік зонаның валенттілік зонасында болады, сондықтан валенттілік зонасын өткізгіштік зона д.а.

Валенттік зона толығымен толтырылған, валенттік зона мен өткізгіш зонасы қабаттасып жатқадықтан зоналар саны әр уақытта электрон сандарынан көп болады. Олай болса мұндай металдар жиынтығын өткізгіш болады.

Жартылай өткізгіш. Валенттік зонаның деңгейлері толығымен электрондармен толтырылған. Электрондар өткізгіштік зонаға өту үшін, электронның энергиясы тыйым салынған зонаның енінен кем болмауы тиіс. Егер үлкен болмаса, онда жылулық қозғалыстың н/е сыртқы электр өрісінің энергиясы электрондардың бір бөлігін жоғарғы зонаға көшіруге болады. Мұнымен қатар валенттік зонадағы электрондардың босап қалған орнына да төменгі деңгейлерден көшеді.

Жартылай өткізгіштің өткізгіштігіне қоспа үлкен әсер етеді. Мысалы ретінде Ge атомдарын қарастырайық. Германий атомында төрт валентті электрон бар. Атомдар ковалентті байланыста болады. Егер германий кристалды торына бес валентті сурьма атомын енгізсек, онда оның төрт электроны ковалентті байланыс болып, ал бесінші электрон ядродаға нашар тартылып еркін электрон болады. Мұндай қоспаны электрондық н/е n-типтес жартылай өткізгіштік деп аталады. Қоспа атомын ендіру германий атомының кеңістік торының өрісін өзгертіп, тыйым салынған зонаның ішінде қосымша энергетикалық деңгейін туғызады. Оны донорлық деңгей деп, ал қопспа атомдарын донорлық атом дейді. Бұл энергияның шамасы тыйым салынған зонаның энергиясынан әлдеқайда аз, яғни бөлме температуралардың өзін де жылулық қозғалыс энергиясының өзі қоспа деңгейіндегі электрондарды өткізгіш зонаға көтеру үшін жеткілікті.

Кристалдың германий торына үш валентті индий атомын енгізейік. Бұл жағдайда толық ковалентті байланыс жасау үшін бір электрон жетіспейді. Жүйеде кемтік пайда болады, электр өткізгіштігі кемтіктер қозғалысынан жасалады, сондықтан оның кемтіктік өткізгіштігі болады да, р-типтес жартылай өткізгіш деп аталады. Үш валентті индий атомын ендірудің нәтижесінде тыйым салынған зонаның төменгі жағында қосымша деңгей пайда болады, оны акцепторлық деңгей, ал қоспа атомдарын акцепторлық атом деп аталады. Бұл энергияның шамасы тыйым салынған зона энергиясынан әлдеқайда аз, яғни валенттік зонадағы электрондар акцепторлық деңгейге өтіп, бос орын қалдырады, валенттік зонадағы кемтіктер ток тасымалдайды. Жартылай өткізгіштің температурасы өзгергенде ток тасымалдайтын бөлшектің концентрациясы және электронның еркін жолының орташа уақыты өзгереді. Металдарда τ электронның еркін жолының орташа уақыты температура өскен сайын азаяды да, кедергі көбееді, ал концентрациясы өзгермейді. Меншікті жартылай өткізгіште экспоненциалды түрде өзгеретін концентрацияның өзгеруі әлдеқайда басым болады. Сондықтан температура өскенде таза жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігі тік өседі. Қоспалы жартылай өткізгіште концентрациясының температураға байланыстылығы күрделірек. Температура жоғарлағанда, қоспа концентрациясы жылдам қанығу мәніне жетеді. Бұл барлық донор электрондар босалып немесе акцептор децгейлері электронмен толтырылады. Сонымен қатар температура өскен сайын жартылай өткізгіштің меншікті де электр өткізгіштігі өз үлесін қоса бастайды, электрондар валентті зонадан өткізгіш зонасына көшеді. Сөйтіп үлкен температурада жартылай өткізгіштің өткізгіштігі қоспа және меншікті өткізгіштен тұрады. Төменгі температурада тек қана қоспа өткізгіштігі болады.