Нимноқилҳо

Нимноқилҳо гурӯҳи калони моддаҳо (сахт, моеъ, аморфӣ), ки аз рӯи қимати ноқилияти электриашон (а) байни металлҳо (о — 10е — 104 Ом—1 сантиметр-1) ва диэлектрикҳо (о < с 10-1°—Ю-12 Ом-1 ом-1) ҷой мегиранд (қиматҳои о ба ҳарорати хона мувофиқанд). Ҷиҳати аз металлҳо фарқкунандаи Нимноқилҳо ин аст, ки бо афзоиши ҳарорат ноқилияти электрии онҳо зиёд мешавад. Зеро бо афзоиши ҳарорат ҳаракати гармӣ бандҳои электрониро меканад ва як қисми электронҳо ба ҳомилони озоди ҷараён табдил меёбанд. Бандҳои электронӣ на фақат аз таъсири ҳарорат, балки аз таъсири рӯшноӣ, се­ли заррадои сареъ, майдони элект­рии зӯр ва ғайра низ канда мешаванд. Ба ҳамин сабаб ноқилияти электрии Нимноқилҳо ба таъсироти беруна, инчунин ба мавҷудияти ғашҳо ва нуқсонҳо дар кристалл хеле ҳасоос мебошад.

Бинобар ин бо роҳи тағйир додани ҳарорат, дохил намудани ғашҳо ва ғайра ноқилияти электрии Нимноқилро дар ху­дудҳои васеъ идора кардан мумкин аст. Аз ин рӯ, агар Нимноқилро ба гурӯҳи алоҳида ҷудо накарда, дар бораи ҳолати нимноқилии моддаҳои ғайриметаллӣ сухан мерондем, аниқу хубтар мебуд. Аммо чун Нимноқил бештар маҷмӯи якчанд гурӯҳҳои махсуси моддаҳоеро қабул мекунанд, ки хусусияти нимноқилиашон дар ҳарорати хона (300 К) ҳам равшан зуҳур меёбанд. Масалан, эле­ментҳои гурӯҳи IV системаи даврии элементҳои химиявии Менделеев (Ge, Si); пайвастҳои элементҳои гурӯхи III (AI, Са, In) ва элементҳои гурӯҳи V (Р, As, Sb), ки Нимноқилҳои навъи Ain BV (GaAs, InSb, GaP, 1пРва ғайра) ном гирифтаанд; элементҳои гурӯҳи VI ва V (Те, Se, As, Sb, Bi) ; пайваст­хои навъи A»VBVi( PbS, PbTe, SnTe, GeTe ва ғ.); пайвастҳои гурӯхи VI ва металлхои нодир (Ti, V, Mn, Fe,Hi, Sm, Eu ва г.); Нимноқилҳои органикӣ ва ғайра.  Азбаски дар ҷисми сахт атомҳо ё ионҳо то масофаи тақрибан баробари радиуси атом ба ҳам наздик меша­ванд, электронҳои валентӣ аз як атом ба атоми дигар гузашта метавонанд.

Чунин мубодилаи электронҳо банди ковалентиро ба вуҷуд меоварад. Ин манзара ба Ge, ки яке аз Нимноуилҳои муқаррарист, татбиқпазир аст. Ҳамаи атомҳои Ge нейтралианд ва бо банди ковалентӣ ба ҳам алоқаманданд. Аммо мубодилаи электронҳо дар байни атомҳо бевосита ноқилияти электриро ба амал намеорад, зеро умуман тақсимоти зичии электронӣ қатъиян муқаррар мебошад; ба ҳар як банди байни ҷуфти атомҳои ҳамсоя 2-тоӣ электрон мувофиқ меояд. Барои дар чунин кристалл ба     вуҷуд овардани ноқилият. кандани ақалан яке аз бандҳо лозим аст (бо роҳи гармкунӣ, фурӯбурди фотонҳо ва ғайра), яъне электронро аз ин банд раҳо намуда, онро ба ячейкаи дигари кристалл кӯчондан лозим аст, дар ҷои нав ин электрон зиёдатӣ хоҳад буд. Чунин электрон минбаъд аз як ячейкаи кристалл ба ячейкаи дигар озод ҳаракат карда метавонад (зеро барои он ҳамаи ячейкаҳо эквивалентанд). Азбаски ин элект­рон дар тамоми кристалл зиёдатӣ хоҳад буд, он заряди манфии барзиёдро бо худ мебарад, яъне бо электрони ноқилият табдил меёбад.

Банди кандашуда ба сӯрохи дар саросари кристалл сайркунанда табдил меёбад, зеро дар мавриди мубодилаи зӯр электрони яке аз бандҳои ҳамсоя дарҳол ҷои холишудаи бандро ишғол карда, дар навбати худ «сӯрохи» навро ҳосил мекунад. Норасоии электрони яке аз бандҳо дар атом (ё худ чуфти атом­ҳо) ба вучуд омадани як воҳид за­ряди мусбатро мефаҳмонад, ки он гӯё якчоя бо сӯрох аз як қисми кристалл ба қисми дигараш мекӯчад.

Ноқилияти электрии Нимноқилҳоро ҳам электронҳои атомҳои худи моддаи додашуда (ноқилияти хусусӣ), ҳам электронҳои атомҳои ғаш (ноки­лияти ғашӣ) ба вуҷуд оварда метавонанд. Дар баробари ин нуқсонҳои гуногуни структураи крис­талл, мамалан, вакансияҳо, атомҳои бай­ни гиреҳҳои панчараи кристалл, инчунин норасоӣ ё барзиёдии атомҳои яке аз компонентҳои пайвастҳои нимноқилӣ (масалан, норасоии. Ni дар NiO ё S дар PbS) низ манбаи ҳомилони ҷараён мебошанд.

Ғашҳо ва нуқсонҳоро ба донорҳо ва акцепторҳо чудо мекунанд. Донордо ба ҳачми Нимноқилҳо электронҳои барзиёд дода, ноқилияти элект­рон и (ноқилияти навъи п, аз лотинӣ negative — манфӣ), аксепторҳо бошанд, электронҳои валентии моддаеро, ки ба он дохил карда шудаанд, забт карда, сӯрохҳо ва дар натиҷа ин ноқилияти сӯрохӣ (ноқплпяти навъи р, аз лотинӣ positive — мусбат) ба вуҷуд меоранд. Ҳамчун мисоли донорҳо ғашатомҳои элементҳои гурӯҳи V (Р, As, Sb)-po дар Ge ва Si ном бурдан мумкин аст. Ин гуна ғашатом дар панҷараи кристаллӣ ҷойгир шуда, дар яке аз ячейкаҳои он ҷои атоми Gc-po ишғол мекунад. Дар ин вақт аз 5-то электронҳои ва­лентии он 4-тоаш бо ҳамсояатомҳои Ge банди ковалентӣ ташкил мекунанд, электрони 5-ум бошад, барои панҷараи додашуда «зиёдатӣ» мешавад, зеро ҳамаи бандҳо аллакай пур шудаанд. Ин электрон, кн дар ҳеҷ як ячейкаи элементарии панҷараи кристаллӣ «муқимӣ» шуда наметавонад, ба электрони ноқилият табдил меёбад.

Айнан ҳамин тавр, атомҳои элементҳои гурӯҳи III (В, Al, Ga, In) дар Ge ва Si мисоли аксепторҳо мебошанд. Ин аксепторҳо бар замми 3 электрони валентин худ яке аэ электронҳои валентии Ge-po забт карда, бо ҳамсояатомҳои наздиктарини Ge 4-то банди ковалентӣ ҳосил менамоянд ва ба ионҳои манфии за­ряднок мубаддал мешаванд. Дар ҷои электрони забтшуда сӯрох боқӣ мемонад, ки он ҳангоми ҳароратҳои на  он қадар паст дар саросари крис­талл озод ҷой иваз карда метавонад.

Гарчанде, ки Нимноқилҳо ҳамчун гурӯҳи махсуси материалҳо дар охири асри 19 маълум буданд, фақат инкишофи назарияи квантӣ ба фаҳмидани хусусиятҳои диэлектрҳо, Нимноқилҳо ва металлҳо (Уилсон, ШМА, 19Э1) имконият дод. Чунин хосиятҳои асосии Нимноқилҳо, ба монанди ростшавии ҷараён дар ҷои баҳамрасии металл — Нимноқил, фотоноқилият ва ғайра аз ин ҳам пештар ошкор ва дар асоси онҳр асбобҳои аввалин сохта шуданд. О. В. Лосев имконпазирии барои тақвият ва генератсияи лаппишҳо истифода бурдани контактҳои нимноқилӣ (детекторҳои кристаллӣ)-ро исбот кард, ки минбаъд ҷои онҳоро лампаҳои электро­нӣ ва транзисторҳо ишғол намуданд. Аввали солҳои 50 асри 20 тадқиқи пуранҷи физикаи Нимноқилҳо cap шуд, ки ба он му- ваффақиятҳои дар соҳаи технологияи софкорию легиронии кристаллҳо ба дастомада мусоидат карданд. Вобаста ба кашфи афканишоти маҷбурӣ дар GaAs (Д. Н. Наследов, А. А. Рогачёв, С. М. Ривкин, Б. В. Саренков, СССР, 1962) диққати тадкикитчиёнро хосиятҳои оптикии Нимноқилҳо ҷалб намуд, ки он ба бунёди лазерҳои нимноқилӣ [Холл (ШМА), Б. М. Вул, А. П. Шотов, Ж. И. Алфёров ва дигар (СССР)] оварда расонд.

Тадқиқоти васеи Нимноқилҳо дар СССР таҳти роҳбарии А. Ф. Иоффе дар Институти физика ва техникаи Академияи Фанҳои СССР oxири солҳои 20 cap шуд. Аксари мафҳумҳои  назариявии Нимноқилҳоpo бори аввал Я. И. Френкель, И. Б. Тамм, Б. И. Давы­дов, Е. Ф. Гросс, В. А. Жузе, В. Е.Латакарёв, В. М. Тучкевич ва дигар ташаккул доданд. Дар Тоҷикистон ба тадқиқоти соҳаи Нимноқилҳо кормандони Институти физика ва техникаи Академияи Фанҳои РСС Тоҷикистон машғуланд.

Адабиёт: Иоффе А. Ф., Физика полупро­водником, Москва— Ленинград.      1957; Ансельм А. И., Введение в теорию полупроводни­ков, Москва 1978; Киреев П. С., Физика полупроводников, 2 издание., 1975; Гут­ман Ф., Л а й о н с Л., Органические по­лупроводники, перевод с английского, 1970. Ш. Мавлонов.