Berdaq nomidagi qoraqalpoq davlat universiteti fizika kafedrasi radioelektronika

Р-n o’tish hodisasi
Yarim o’kazgichli asboblarning ishlash prinsipi p-n o’tish degan xodisaga bog’liq ko’rsatilgan. Bu o’tkazuvchanliklari turlicha bo’lgan yarimo’tkazgichlarni kantakka keltirish natijasida xosil bo’ladi. Biroq bunda yarim o’kazgichning mexanik kantakti p-n o’tishini xosil qilaolmaydi, shuning uchun ular orasida idial kantakt xosil qilish mumkin emas. Shuning uchun yolg’iz yarim o’kazgish Kristal olinib,sharli ikki bo’lak deb qaraladi va ular turli ishorali otkazuvchanlik xosil qilinadi. Shartli bo’laklar orasidagi yupqa qatlam kantakt sohasi deb qaraladi. P-n o’tish hodisasini sifat jihatdan ko’rib chiqamiz.

Faraz qilaylik. Germaniy ( yoki kremniy) monkristasida turli ishorali o’tkazuvchanlik hosil qilgan bo’lsin. Oson bo’lishi uchun donor va aksteptor moddalarining miqdorini bir xil qilib xisoblaymiz. Unda turli ishorali tok tashuvchilarning miqdori ham teng bo’ladi. (3.4-а rasim). Kantaktga keltirishnng boshlanish vaqtida p-sohadagi qavatlar miqdori n-sohadagidan, n-sohadagi electronlar miqdori p-sohadagidan baland bo’ladi. (3.4-brasim). Shuning uchun kantakt sohasidagi tok tashuvchilar diffuziyasi vujudga keladi.Bunda n-sohadagi elektronlar p-soha tomon, p-sohadagi qavatlar bo’lsa n-soha tomonga ko’chadi, unga bir xil ishorali zaryadlangan o’zaro intervalli yoki turli ishorali zaryadlarning o’zaro tortishish sabab bo’lmaydi. Diffuziya hosil kantakt sohasidagi tok toshuvchilar konstentrastiyasining turlicha bo’lishi n-bo’lak teng p-bo’lakka yaqinlashish natijasida kantakt chegarasida on zaryadli atomlar – ionlar qoladi.

3.4-s.rasim р-n o’tishninghosilbo’lishi а)-turlio’kazuvchanliyarimo’tkazgichlarkantaktib)-toktashuvchilartaqsimoti(Np,N3-asosiyvanp,n3-asosiyemas)Ң в-kantaktpontensiyalarfarqiҢ г-elektrmaydonkuchlanishinigko’rinishi.

Ular qozg’almaydigan musbatzaryadning konstentrasiyasining ortiqcha bo’lishiga olib keladi.natijada butarafel ektronlarga muxtoj bo’lib qoladi. Xuddi shunday hodisanatijasida p-tarafdanteskar izardlar konstentrasiyasi ortib taraf teshikchalari muxtoj bo’lib qoladi. Kantaktga yaqinjoyda bunday tarafdan paydo bo’lishi kandensator qoplamalariga o’xshab turlizaryadga ega bo’lgan ikki qatlamni paydo etadi.Natijada bu potensialar ayirmasi _{hamda maydonkorinishi bo’lgan elektrmaydoni hosil bo’ldi.}

(3.4 в, г-rasim) Uning yo’nalishi shunday bo’ladi u asosiy tok tashuvchilarning deferensiyasiga to’qinlik qilib,asosiy bo’lmagan tok tashuvchilarning diferensiyasiga to’qinlik qilib, asaosiy bo’lmagan tok tashuvchilarning o’rnini almashtirishga yordam beradi. Zaryadlarning harakatlariga erektr maydonning kuch chiziqlarining yo’nalishida bo’lgani uchun uni dreyf toki deb ataladi.

Dreyf va defuziya toklari tenglashganda muozanat paydo bo’ladi.Yaniy vaqt birligi ichida qarama –qarshi yo’nalishda o’tivchi tok tashuvchilarning soni o’zaro teng bo’ladi. Bu oldi denamik teng muazzanat deb ataladi. Kantakt sohasinda zaryadlangan bo’lak yarimo’tkazgichning teshikcha va electron o’tkazuvchanlikka ega taraflarni bir-biriga ajratib turadi.Bu qatlam to’siq qatlam deb ataladi, paydo bo’lgan potensiyalar ayirmasi esa potensiyal to’siq deb ataladi. Ko’rilgan bo’shliq p-n o’tish jarayoni yoki p-n o’tishi deb ataladi. Keyingi rasimda p va n o’kazuvchanlikka ega yarimo’tkazgichning zonalar diogrammasi (а) va p-n o’tuvchining xolat uchun diogrammasi (b) suratlangan.

Unda Y

_- toliq zonnaning potensiyali толықзонаныңпотенциалы (energiyasi)Ң

_д- donnarlar aralashmasi uchun energiya satxinging potensiyaliҢ

_А- akseptor aralashmasi uchun energiya satxing potensiyaliҢ

_%- Fermi sathi deb ataluvchi energetic energetik sathing potensiyali

Fermi sathi deganda toldirishning ehtimolliligi 0,5 ga teng bo’lgan energetic sath tushuniladi. “allaensiz yarim o’tkazgichlarda Fermi sathi to’siq zonna o’rtasida turadi.“ allaenlangan yarimo’tkazgichlarda

р-qatlam п-qatlam а)  F FP А Valeyt zona КР б) F КП

3.5-rasimpvanqatlamlarinngmuvozanatholati(а) vap-no’tishiningzonadiogrammalari(б)

bo’lsa u ruxsat etilgan yaniy o’tish mumkin bo’lgan bir zonaning ichida joylashgan bo’ladi.

Fizikalik jihatidan olganda Fermi potensiyali yarimo’tkazishning kimyoviy va elektr potensiyallarining algebralik yig’indisining tashkil qiladi. Shuning uchun uni elektroximik potensiyal deb ataladi.

Malum,kimyoviy potensial modda zarralarining konsentratsiyasiga bog’lanishli miqdor bo’lib hisoblanadi. Shuning uchun kimyoviy potensial farqining mavjudligi modda zarralari konsentratsiyasi farqi mavjudligini ko’rsatadi. zarra konsentratsiyasida farq bo’lishi,o’z navbatida ularning kata konsentratsiyali o’rida kichik konsentratsiyali o’ringa ko’shishga olib keladi, yaniy zararlar defuziyasini vujudga keltiradi. Shunga ko’ra kimyoviy potensiyal erkin zararlarning (elektr zaryadga ega bo’lish yoki bo’lmasligidan qatiy nazar) defuziyalana olish imkoniyatini yaratadi. Difuziyalana oish imkoniyaini yaratadi.Elektr potensial bo’lsa,zaryadlangan zarralarning elekrt maydonidada ko’cha olish imkoniyatini dreyfin ko’rsatadi. Demak Fermi potensialining gradient bir vaqitda ikki turli harakat-deffuziya va drefti harakterlanadi. Sistemaning tengligi haqida Fermi potensialining gradient nolga teng bo’ldi,yaniy _%-c9ns5 bo’ladi.

Shuning uchun Fermi sathi bir vaqitda (gorizantal) joylashgan bo’ladi. Biroq bu elektr ham kimyoviy potensiyallarning xam doimiyligi degan gap emas. Boshqacha qilib aytganda,sistemaning tenglashmalikholatida unung elektr va kimyoviy potensiallar o’zgarishi mumkin yaniy zararlarning defuziya va dreyf oqimlari mavjud bo’ladi, biroq bu oqimlar bir-biridan tenglikda bo’ladi.

Shuni aytish kerak “ Fermi sathi” so’zi asosan tenglik haqidagi sistemalar uchun ishlatiladi , shuning uchun bunda erkin elektronlar va kavaklarning soni, mos ravishda teng bo’ladi. Sistema baravar bo’lmagan bo’sa, bu tenglik saqlanmaydi ham “Fermi sathi”o’zgarishga uchraydi. Bu holda uni “ fermining kvazi sathilari” _%п va _%Р) deb ataladi.

Umuman olganda potensial to’siqning ko’rinishi ko’chib o’tgan tok tashuvchining konsentratsiyasi va temperaturaga bog’lanishli bo’ladi va oddiy ko’rinishda yoziladi.

Bunda sohadagi asosiy tok taqsimlovchilar (kavaklar) Ң

sohadagi asosiy tok taqsimlovchilar (elektronlar)Ң

областтағы тийкарғы болмаған ток тасыўшыларҢ

sohadagi asosiy bo’magan tok tashuvchilar Ң

yarim o’tkazgich kristalning shaxsiy tok tashuvchilar konsentratsiyasi

U_Т kuchlanish temperaturali potensiallar ayirmasi yoki temperature potensiali deb ataladi va oddiy ko’rinishda yoziladi Y

1-elektron zaryadiҢ

к-1,37*10 ж/I marotaba – bo’linish doimiysiҢ

Т-absalyut tempratura.

Temperatura potensialining fizik mohiyati shundan iborat,u elektr birliklarida yozilgan statistik tempratura yoki gazdagi erkin elektronlarning o’rtacha kinetic energiyasi. Uy temperaturasida (Т=300⁰K) bu 25 millivoltga teng bo’ladi. Temperature potensialining maksimal qiymati yarim o’tkazgich material to’siq zonasining kengligi W ni yozilishi potensiallar ayirmasiga teng bo’ladi.

Potensial tosig’ining temperaturaga bog’liqligi, asosining, yarimo’tkazgichning shaxsiy tok tashuvchilari konsentratsiyasining temperaturaga bog’liqliligi orqali belgilanadi Y

Bunda A – yarimo’tkazgich materialiga bog’liq koiffsent. Temperaturaning xar bir darajaga ortishi bilan potensial to’siqning 2 millivoltiga kamayishi aniqlangan.

Potensial to’siqning tashqi manba tasirida o’zgarishda,yaniy p-n o’tishiga tashqi manba ulansa potensial to’siqda o’zgarishda yaniy p-n o’tishning volt-amper harakteristikasini aniqlaydi. P-n- o’tishga tashqi manba ulansa potensial tosiqning kattaligi o’zgaradi va tok tashuvchilarning dinamik muvozanati buziladi. Natijada dufuziya xam dreyf toklarning muvozzanatini xam buzilib,natijali tokning ko’rinishi tashqi energiyaning kuchlanishga bog’liq bo’lib qoladi. Bu bog’liqlikni analitik xisoblab grafikda suratlash mumkin. Uni p-n-o’tishining volt-amper xarakteristikasi deb ataladi. Volt-amper xarakteristikani aniqlash oson bo’lishi uchun tashqi energiyani kuchlanish faqat kantakt markaziga qo’yilgan deb qaraladi,yaniy yaimo’tkazgich xajimdagi potensial to’siq hiobga olinmaydi.

Birinchi holda tashqi energiyani shunday ulash keraki uning hosil qilgan maydon kuchlanganlik vektoti p-n-o’tishining shaxsiy maydon kuchlanganligi vektori bilan to’g’ri tushsin. Buning uchun energiyaning musbat qutibi n- markazining kanteka manfiy qutibi bo’lsa p- markaz kantektga bog’lanishi kerak. (3.6 а-rasim). Bunda natijali maydon ko’rinishi ortadi yaniy potensial to’siq kengayib asosiy tok tashuvchilarining harakati yanada qiyinlashadi. (3.6 б-rasim).

а) U U<0 U=0 б )   х U=0 в) K U>0 

Shuning tok ko’zi ko’ruvchanligi ortishi bilan asosiy tashuvchilarning potensial tosiqni yengib o’tishi ehtimoliligi kamayadi va difuzional tok nolgacha kamayadi. Biroq asos bo’lmagan tok tashuvchilar uchun maydonning tezlashishi tasiri ortadi va ular kantekt markazini kesib o’tishni davom etiradi.Xosil bo’ladigan dref tokining balandligi potensial to’siq kattaligiga bogliqligi bo’lmay,asosiy tok tashuvchilarning miqdori bilan belgilanadi.

Vaqit birligi xajmida xosil bo’ladigan asosiy asosi bo’lmagan tok tashuvchilari bo’lmagan soni o’zgarmas bo’lgani uchun potensial to’siqning ortiqroq tezligini oshirib sonini o’zgartira olmaydi. Shunday qaraganda dref tokining ortishi uchun bir sabab kerak bo’lganda yanna asos bo’lmagan tok tashuvchilar xosil bo’lishi kerak. Akincha xolatda u to’yingan bo’ladi.Bunda xosil bo’ladigan tok qarshi tok qo’yilgan kuchlanishni bo’sa qarshi ko’rinishda namoyon etadi.Demak qarshi ulanganda –n- o’tishning qarshiligi yetarlicha katta bo’ladi.

Uni qarshi o’tish qarshiligi deb ataladi. Tok ko’zining xodisasi almashtiraylik yaniy p- markaziga musbat n- markaziga manfiy qutib uyansin. Bunda kantakt sohasida tashqi tok ko’zi hosil qilgan maydon kuchlanganligi vektori p-n- o’tishining shaxsiy maydoni kuchlanganligi vektoriga qarama qarshi yo’naltirilgan bo’ladi va natijada maydon kattaligiga kiradi. Bu potensial potensial tosiqning kichirayishiga olib keladi va deffuziya to’g’ri ortadi (3.6 в-rasim). Bunday ulanish to’g’ri ulanish deb ataladi. Hosil bo’ladigan tok to’g’ri tok, p-n o’tish qarshiligi bo’lsa bo’sa to’g’ri ulanish qarshiligi deyiladi.

Р-n- o’tishda xosil bo’ladigan natijali tok oddiy yoziladi Y

I To’g’ri yozilgan davomi I0 -U 0 +U Qarshi ulangan tok 3.7-rasim. р-n o’tishning volt-amper xarakteristikasi.

Bunda,

I₀- qarshi tokning to’yinish qiymati

U-tashqi tok ko’zi kuchlanishi.

е-elektron zaryadi.

3.7-rasimda tashqi tok ko’zi qarshiligiga qarab deffuziya tokining o’zgarish grafigligi rasimlangan. Uni p-n o’tishining volt-amper xarakteristikasi deb ataladi. (Unda tok ko’zining darajalanishi bir xil emas.Qarshi tok o’qinng darajananish qiymati bir necha kattalashtirilgan.Shuning uchun to’g’ri tok mA da qarshi tok bo’sa кА da o’lchanadi). Demak P-n –o’tish tokini bir tomonga o’tkazish-ventel xususiyatiga ega.